Neue Methode sagt Lithiumantwort mit einer Genauigkeit von 92 Prozent voraus

Lithium ist lange Zeit eine Erstbehandlung bei bipolaren Störungen und dennoch nur bei etwa einem Drittel der erkrankten Patienten wirksam. Manchmal kann es bis zu einem Jahr dauern, bis bekannt ist, ob es wirksam ist oder nicht.

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler des Salk Institute einen Weg gefunden, mit einer Genauigkeit von 92 Prozent vorherzusagen, welche Personen mit Bipolar auf Lithium reagieren werden. Die Ergebnisse bestätigen die Entdeckung einer zellulären Basis für die Störung durch das Labor und könnten Patienten helfen, die auf Lithium ansprechen, sowie der überwiegenden Mehrheit der Patienten, die dies nicht tun, und ihnen den schmerzhaften Prozess einer ineffektiven Behandlung ersparen.

"Das Bemerkenswerte an diesem System ist, dass Sie nicht 500 oder 600 Zellen von mehreren Patienten verwenden müssen", sagte der leitende Autor Dr. Rusty Gage, Professor am Salk Laboratory of Genetics. "Fünf Zellen von einem Patienten reichen aus, um zu definieren, ob jemand auf Lithium anspricht oder nicht."

Mehr als fünf Millionen Amerikaner leiden an einer bipolaren Störung, einer fortschreitenden psychiatrischen Erkrankung, die unbehandelt ein hohes Selbstmordrisiko für die Betroffenen darstellt. Lithium ist das bevorzugte Medikament zur Behandlung der Störung, aber es ist nicht klar, warum es bei einigen Menschen und nicht bei anderen wirkt.

Die frühere Arbeit des Forscherteams lieferte einen Hinweis darauf, dass die Neuronen von Menschen mit bipolarer Störung leichter stimuliert werden und elektrische Impulse schneller auslösen als die Neuronen von Menschen ohne Störung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Aufrechterhaltung der Neuronen einiger Menschen in einem mit Lithium infundierten Medium diese Übererregbarkeit beruhigte.

„2015 haben wir festgestellt, dass die Gehirnzellen von Menschen mit bipolarer Störung empfindlicher auf Reize reagieren als die anderer Menschen“, sagte Gage. "Seitdem konnten wir diese Empfindlichkeit detaillierter charakterisieren und klare Muster in den Neuronen bipolarer Patienten erkennen, die es uns ermöglichen, vorherzusagen, wer auf Lithium reagiert und wer nicht."

Für die neue Studie wollten die Forscher besser verstehen, warum die Neuronen einiger bipolarer Patienten trotz scheinbar gleichwertiger Hyperaktivität auf Lithium reagieren, während andere dies nicht tun.

Anstatt Hautzellen zu verwenden, programmierten die Forscher diesmal Lymphozyten (Immunzellen) von sechs völlig neuen bipolaren Patienten neu, von denen einige als Lithium-Responder bekannt sind. Das Team fand die gleiche Übererregbarkeit in den von Lymphozyten abgeleiteten Neuronen und bestätigte ihre vorherigen Ergebnisse.

"Aber dann haben wir etwas mehr gesehen", sagte Dr. Shani Stern, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter von Salk und Co-Erstautor des neuen Papiers. "Obwohl sowohl Responder als auch Nonresponder mehr elektrische Impulse und spontane Aktivität erzeugen, unterscheiden sich die beiden Gruppen sehr stark voneinander, wenn wir die elektrophysiologischen Eigenschaften betrachten."

Die Forscher charakterisierten die elektrischen Zündmuster der neuronalen Linien aller sechs Patienten, indem sie die Spike-Höhe, die Spike-Breite, die Schwelle für das Hervorrufen einer Reaktion und andere Eigenschaften maßen. Die Gesamtmuster waren bei Respondern deutlich anders als bei Nicht-Respondern.

"Diese Arbeit war aufregend, weil wir den früheren Befund der Übererregbarkeit von Neuronen in Neuronen wiederholt haben, der aus einer neuen Kohorte von Patienten stammt, die von einem anderen Psychiater diagnostiziert wurden, und die Robustheit dieses Merkmals und seine mögliche Verwendung für die Arzneimittelentwicklung bestätigt haben", sagte Dr. Renata Santos. Co-Erstautor und Salk-Forschungsmitarbeiter.

Die Forscher fragten sich, ob die Unterschiede die Lithiumreaktivität vorhersagen könnten, und trainierten ein Computerprogramm, um die Unterschiede zwischen den Profilen von Respondern und Nicht-Respondern anhand der Zündmuster von insgesamt 450 Neuronen in sechs unabhängigen Trainingsrunden zu erkennen.

In jeder Runde begannen sie erneut, die Neuronen von fünf Patienten zu verwenden, um das System zu trainieren. Anschließend testeten sie das System mit den Neuronen des sechsten Patienten, dessen Lithiumempfindlichkeit dem Team bekannt war, dem Programm jedoch nicht. Sie wiederholten den Vorgang noch fünf Mal, wodurch sie im Wesentlichen sechs unabhängige Modelle erstellen konnten.

Jedes Modell wurde anhand der Daten von fünf von sechs Patienten trainiert, wobei jedes Mal ein anderer Patient aus den Trainingsdaten herausgelassen wurde und das Modell den letzten Patienten als Responder oder Nonresponder identifizieren ließ. Unter Verwendung der Zündmuster von nur fünf Neuronen eines Patienten identifizierte das System die Person mit einer Genauigkeit von 92 Prozent als Responder oder Nonresponder.

Die Forscher sagen, dass ihre Methode auf Lymphozyten angewendet werden könnte, die aus Blutproben bipolarer Patienten entnommen wurden, um festzustellen, ob bestimmte Personen auf Lithium ansprechen würden.

"Die Replikation wissenschaftlicher Ergebnisse ist nicht sehr sexy, aber entscheidend", sagte Gage. "Wenn verschiedene Wissenschaftler in der Lage sind, die gleichen Ergebnisse in verschiedenen Zellen von verschiedenen Patienten zu erzielen, können wir mehr Vertrauen haben, dass wir wirklich etwas erreichen, das für die Patienten von Vorteil ist."

Die neuen Erkenntnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Molekulare Psychiatrie.

Quelle: Salk Institute