Przez
Elżbieta Bello

Opublikowano dnia
26 sierpnia 2024 r.

Beckman Institute for Advanced Science and Technology sfinansował dwa projekty badawcze w 2024 r. w ramach swojego programu grantów badawczych. Program wspiera interdyscyplinarne projekty badawcze i jest obecnie w drugim roku.

W tym roku dwa projekty badawcze rozpoczynające się w maju 2024 r. otrzymały dofinansowanie w wysokości 75 tys. dolarów rocznie przez okres do dwóch lat.

Projekty badawcze inicjowane przez Instytut Beckmana zakładają rozwój i zazwyczaj prowadzą do złożenia wniosków o zewnętrzne finansowanie po dwuletnim okresie inicjowania.

Badanie wpływu genów związanych z ASD na sieci mózgowe, które kierują zachowaniem

Od lewej: Benjamin Auerbach, Howard Gritton i Brad Sutton. Nie na zdjęciu: Jozien Goense.

CDC szacuje, że „u 1 na 36 dzieci zdiagnozowano zaburzenia ze spektrum autyzmu”, w skrócie ASD.

ASD mają szeroki zakres objawów charakteryzujących się neurodywergentnym zachowaniem i nietypową komunikacją. Połączenie zmian genetycznych w mózgu powoduje te objawy; ustalenie, które geny wpływają na jakie zachowania, może być trudne.

Howard Gritton, profesor nauk biologicznych porównawczych i bioinżynierii, Benjamin Auerbach, profesor fizjologii molekularnej i integracyjnej oraz neuronauki, Brad Sutton, profesor bioinżynierii i dyrektor techniczny Centrum Obrazowania Biomedycznego Beckmana oraz Jozien Goense, profesor psychologii i bioinżynierii, wspólnie przeanalizują, w jaki sposób genetyka wpływa na zachowania biologiczne leżące u podstaw ASD.

„Aby zrozumieć, jak działa mózg i jak może on działać inaczej w przypadku zaburzeń neurorozwojowych, takich jak autyzm, potrzebny jest dostęp do funkcji mózgu na wielu poziomach analizy – od genów, przez komórki, po obwody i zachowania” – powiedział Auerbach.

Neurony wykorzystują sygnalizację elektryczną do komunikacji na krótkich i długich dystansach. Naukowcy określą, w jaki sposób specyficzne zmiany genetyczne mogą modyfikować sposób łączenia się i komunikacji neuronów w kontekście objawów behawioralnych ASD.

„Mamy nadzieję odkryć, w jaki sposób interakcje między genami a typami komórek przyczyniają się do zachowań związanych z autyzmem, manipulując każdą z nich niezależnie” – powiedział Gritton.

Zespół będzie manipulował genami w różnych typach komórek i wykorzysta obrazowanie całego mózgu, aby zbadać, w jaki sposób te zmiany wpływają na funkcjonowanie mózgu i jego zachowanie, rozwiązując dotychczas trudną do rozwiązania kwestię.

„Możemy zbadać szeroki wpływ kilku zmian genetycznych i znaleźć mechanizmy ukierunkowania interwencji terapeutycznych” – powiedział Sutton.

Naukowcy wykorzystają funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego do oceny związków między cechami ASD a strukturalnymi i funkcjonalnymi szlakami neuronalnymi mózgu. Jest to podejście, które może zostać przeniesione do warunków klinicznych i pomóc w opracowaniu nowych celów leczenia bez problematycznych skutków ubocznych.

„Wykorzystanie w ten sposób konektomiki funkcjonalnej jest wyjątkowe, a wykonana w ten sposób praca będzie miała zasadnicze znaczenie dla umożliwienia realizacji nowych projektów i aplikacji wykorzystujących te techniki na terenie całego kampusu” – powiedział Goense.

Badanie wpływu dysfunkcji kolagenu na tkankę

Od lewej: Bruce Damon, Mariana Kersh i dr Christina Laukaitis.

Tkanki na bazie kolagenu, takie jak twarde, włókniste ścięgna lub miękka, elastyczna skóra, służą różnym celom w ciele. Tkanki te są zbudowane z tych samych bloków budulcowych, ale każdy typ tkanki rozwija się inaczej i ma różne poziomy odporności mechanicznej i funkcjonalności.

Kolagen jest ważnym białkiem, które zapewnia wsparcie strukturalne w tych tkankach, a jego jakość jest również ważnym czynnikiem. Na przykład: nowa gumka przypominająca zdrowe tkanki jest mechanicznie sprężysta i powraca do swojego pierwotnego kształtu po rozciągnięciu, podczas gdy używana gumka przypominająca starsze, uszkodzone lub dysfunkcyjne tkanki może nie być tak sprężysta.

Uważa się, że dysfunkcje kolagenu są przyczyną objawów związanych z zespołem Ehlersa-Danlosa, który prowadzi do upośledzenia funkcji tkanek łącznych w organizmie. Nie istnieje jeszcze nieinwazyjna metoda kliniczna odróżniająca zdrową tkankę od tkanki uszkodzonej.

Mariana Kersh, profesor nauk mechanicznych i inżynierii oraz nauk biomedycznych i translacyjnych; Bruce Damon, profesor bioinżynierii i współdyrektor Carle Illinois Advanced Imaging Center; oraz dr Christina Laukaitis, genetyk i adiunkt kliniczny, wspólnie wykorzystają ilościowy obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) do zbadania związku między mikrostrukturą i składem tkanek a ich funkcją biomechaniczną.

Naukowcy wykorzystają model mutacji typu missense w kolagenie (w którym aminokwasy budujące białka kolagenowe są ułożone nieprawidłowo), aby zrozumieć skutki chorób człowieka powodujących dysfunkcję kolagenu.

Opracowując metodę identyfikacji uszkodzonych tkanek i badania ich funkcji mechanicznej za pomocą rezonansu magnetycznego, zespół ma nadzieję opracować metodę, która umożliwi wcześniejszą diagnostykę, leczenie i monitorowanie uszkodzeń kolagenu i chorób takich jak zespół Ehlersa-Danlosa.

„Ten ekscytujący projekt pozwoli nam zacząć łączyć naukę podstawową z tłumaczeniem klinicznym, włączając trzy obszary naszej wiedzy specjalistycznej: inżynierię, obrazowanie i genetykę kliniczną. Ta praca to dopiero początek naszych zainteresowań w zakresie tłumaczenia badań w celu poprawy dobrostanu innych” — powiedział Kersh.