Kolom Satu: Bagaimana COVID-19 mengubah otak?  Ilmuwan ini sedang mencari tahu
SCIENCE

Kolom Satu: Bagaimana COVID-19 mengubah otak? Ilmuwan ini sedang mencari tahu

Di ruangan sedingin lemari es, Dr. Maura Boldrini membungkuk di atas kotak plastik berisi irisan pucat otak manusia, masing-masing bagian terletak di kompartemen kecil berisi cairan.

Dia memberi isyarat dengan jari-jari bersarung ungu: Berikut adalah lipatan korteks, di mana kognisi yang lebih tinggi terjadi. Ada putamen, yang membantu anggota tubuh kita bergerak. Inilah amigdala yang memproses emosi, dengan tonjolan tandanya.

Setiap bagian dalam kotak ini berasal dari satu otak — otak yang pemiliknya meninggal karena COVID-19.

Ada lusinan wadah lagi seperti yang ditumpuk di lemari es di lab Boldrini di Institut Psikiatri Negara Bagian New York.

“Masing-masing kotak ini adalah satu orang,” katanya dengan aksen Italia yang mendayu-dayu. Masing-masing akan memainkan peran penting dalam membantu mengungkap efek COVID-19 pada otak.

Penyakit ini mungkin paling dikenal karena kemampuannya untuk merampas napas orang, tetapi ketika pandemi menyebar, pasien mulai melaporkan serangkaian masalah kognitif dan kejiwaan yang membingungkan – penyimpangan memori, kelelahan, dan ketidakjelasan mental yang dikenal sebagai kabut otak. Ada juga masalah yang lebih akut, termasuk paranoia, halusinasi, pikiran untuk bunuh diri dan psikosis.

Konstelasi gejala yang aneh ini telah membuat para peneliti menduga bahwa penyakit ini meningkatkan serangan langsung ke otak. Para peneliti ingin mencari tahu bagaimana – dan apa efek jangka panjang serangan itu.

Boldrini, seorang ahli saraf di Universitas Columbia, mempelajari biologi bunuh diri dan penanda fisiologis ketahanan dalam jaringan otak. Dia juga seorang psikiater yang berpraktik.

Kombinasi itu membuatnya secara unik cocok untuk menyelidiki dasar-dasar “COVID panjang.” Dia telah mengumpulkan lebih dari 40 otak dari korban COVID-19 untuk membimbingnya dalam pencariannya.

Dr. Maura Boldrini dengan slide jaringan otak

Dr Maura Boldrini membuat katalog jaringan otak dari korban COVID-19. “Kami memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan,” katanya.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Apa yang dipelajari Boldrini dan rekan-rekannya dapat memiliki implikasi jauh melampaui COVID-19, menjelaskan penyakit mental, asal-usul demensia, dan berbagai cara infeksi virus memengaruhi otak.

Untuk membuka rahasia penyakit ini, mereka harus dengan hati-hati memisahkan setiap otak, menghitung selnya, melacak ekspresi gennya, dan mendokumentasikan proteinnya.

“Kami memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan,” kata Boldrini.

::

Kota New York adalah salah satu target awal virus corona, dan tidak butuh waktu lama bagi Boldrini untuk melihat masalah mengejutkan di antara pasien COVID-19, termasuk suasana hati yang serius dan gejala kejiwaan.

“Gejala yang sangat aneh,” kenangnya – menjadi lebih aneh karena mereka muncul pada orang yang tidak memiliki riwayat pribadi atau keluarga dengan masalah seperti itu. Menambah misteri adalah munculnya kondisi ini relatif terlambat dalam kehidupan pasien daripada pada masa remaja dan dewasa awal.

Saya merasa ketakutan yang saya rasakan adalah sesuatu yang organik di otak saya, seorang pasien memberitahunya. Secara psikologis, saya tidak khawatir tentang apa pun.

“Ini adalah jenis gejala yang sangat berbeda dibandingkan dengan orang yang memiliki kecemasan normal,” kata Boldrini.

Dr. Maura Boldrini menjelaskan penelitiannya

Boldrini menjelaskan penelitiannya tentang gejala kejiwaan yang terlihat pada pasien COVID-19. Penyakit ini mungkin paling dikenal karena kemampuannya untuk merampas napas orang, tetapi banyak pasien melaporkan serangkaian masalah kognitif dan kejiwaan – penyimpangan memori, kelelahan dan ketidakjelasan mental yang kemudian dikenal sebagai kabut otak.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Lalu ada kasus ide bunuh diri yang lebih jarang, tetapi lebih mengganggu.

Boldrini belum menemukan pasien COVID-19 yang meninggal karena bunuh diri. Tetapi satu kasus benar-benar menimpa universitasnya yang dekat dengan rumah: Dr. Lorna Breen, seorang dokter departemen darurat di Columbia yang bekerja di garis depan sebelum menjadi sakit sendiri selama gelombang pertama pandemi yang brutal.

Breen adalah seorang dokter berbakat dan berdedikasi yang mengambil snowboarding dan menari salsa di waktu luangnya. Tak lama setelah kembali bekerja, kesehatan mentalnya memburuk dan dia meninggal karena bunuh diri dalam beberapa minggu.

“Dia mengidap COVID, dan saya yakin itu mengubah otaknya,” kata saudara perempuannya Jennifer Feist di acara NBC “Today” tahun lalu.

Jika demikian, bagaimana?

Para peneliti telah menemukan tanda-tanda bahwa virus dapat membangun semacam pijakan di pinggiran otak, di mana penghalang darah-otak pelindung terbuka untuk memungkinkan molekul-molekul kunci lolos. Salah satu tempat itu adalah olfactory bulb, yang dapat dijangkau melalui hidung — fakta yang dapat menjelaskan mengapa begitu banyak pasien COVID-19 kehilangan indra penciuman.

Namun para ilmuwan sejauh ini hanya menemukan sedikit bukti bahwa virus menembus lebih dalam dari itu. Sebaliknya, mereka telah melihat jenis kerusakan yang disebabkan oleh stroke, serta pembekuan darah yang mungkin telah memicunya.

Itulah sebagian alasan mengapa Boldrini dan banyak lainnya menduga bahwa peradangan – respons sistem kekebalan tubuh terhadap penyerang – mungkin memainkan peran penting dalam kerusakan otak yang dialami pasien COVID-19.

Peradangan dapat memicu pembekuan darah, dan begitu gumpalan terbentuk, peradangan meningkat di sekitarnya. Ini mirip dengan apa yang terlihat pada orang yang mengalami cedera otak traumatis, termasuk pemain sepak bola, veteran militer dan korban kecelakaan mobil.

“Orang-orang yang memiliki trauma semacam ini di otak telah mengalami perubahan mendadak dalam perilaku dan kepribadian dan bunuh diri serta gejala otak lainnya,” kata Boldrini. Ini sangat mirip dengan apa yang dihadapi banyak pasien COVID-19 – dan dia tidak berpikir itu kebetulan.

::

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang apa yang terjadi pada tingkat seluler dan molekuler, para ilmuwan perlu mempelajari otak orang yang meninggal karena COVID-19. Tapi Boldrini memilih untuk tidak bekerja dengan otak yang dikumpulkan oleh orang lain — dia harus tahu segalanya tentang bagaimana jaringan itu dikumpulkan dan diawetkan sehingga dia bisa memahami hasil eksperimennya.

“Tergantung bagaimana Anda membekukan, menyimpan, dan memperbaiki otak, Anda bisa mendapatkan hasil yang sangat berbeda,” katanya.

Di Columbia, dia dan rekan-rekannya memeriksa jaringan dari otopsi, sehingga mereka memiliki kendali penuh atas bagaimana jaringan yang berharga itu ditangani.

Boldrini ingin tahu gen mana yang sedang diekspresikan; untuk melacak penanda molekuler peradangan; untuk melihat bagaimana mikroglia — sel kekebalan otak — berperilaku; dan untuk mendokumentasikan keadaan neuron dan hubungannya satu sama lain.

Suzuka Nitta menyiapkan sepotong jaringan otak

Suzuka Nitta menyiapkan jaringan otak dari korban COVID-19 untuk diiris tipis untuk diperiksa.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Memetakan efek beragam dari satu penyakit adalah upaya yang ambisius, dan itu membutuhkan kerja keras. Salah satu siswa yang bekerja di lab memulai dengan mengambil sampel amigdala yang bermata kerang dan memasangnya di atas lapisan es kering. Setetes demi setetes, dia melapisi jaringan itu dengan air gula, yang akhirnya membeku dan menahan sampel di tempatnya.

Selanjutnya, dia mengiris potongan-potongan yang hanya setebal 50 mikron — cukup lebar untuk menampung satu lapisan sel otak. Setiap potongan rapuh kemudian direndam dalam air dan dipusatkan pada slide kaca dengan kuas berujung halus.

Contoh jaringan otak

Sampel jaringan otak dipasang pada slide kaca.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Slide diwarnai dengan pewarna yang memungkinkan para peneliti untuk melihat berbagai jenis sel dalam jaringan. Sel-sel itu dihitung di bawah mikroskop, sebagian dengan mata manusia dan sebagian lagi dengan bantuan algoritma komputer.

Boldrini melihat dari balik bahu siswa ke salah satu slide yang diperbesar di layar komputer. Irisan jaringan otak ini menyerupai galaksi bintang yang terbentang di langit yang gelap: Bintang-bintang biru yang tersebar adalah glia, sel pelindung otak. Yang hijau adalah neuron, padat bersama. Bintang merah adalah neuron muda yang belum matang.

“Ini indah,” kata Boldrini. “Anatomi sangat indah.”

Dr. Maura Boldrini memeriksa gambar sel-sel otak

Boldrini memeriksa gambar sel-sel otak.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Bintang merah adalah yang paling langka dari ketiganya, dan bahkan lebih jarang pada banyak pasien yang memiliki COVID-19 – sekitar 10 kali lebih sedikit. Itu masalah karena neuron muda ini diperlukan untuk pembelajaran dan memori, untuk mengatasi stres, dan untuk mengintegrasikan memori dengan emosi.

Boldrini menduga sel-sel yang belum matang ini dipengaruhi oleh hormon stres dan peradangan.

“Ini akan menjelaskan kabut otak,” katanya.

Beberapa hari sebelumnya, para peneliti melakukan langkah yang sama dengan hippocampus, struktur otak kecil dan halus yang terlibat dalam suasana hati dan memori.

Ilmuwan lain telah menemukan bahwa COVID-19 merusak hipokampus. Itu bisa membantu menjelaskan mengapa beberapa pasien masih memiliki masalah dengan depresi dan kecemasan.

Jika kerusakan ini disebabkan oleh peradangan, itu mungkin mendatangkan malapetaka dalam beberapa cara. Para ilmuwan menduga itu mengganggu aliran serotonin, hormon yang terlibat dalam depresi, dan mendorong tubuh untuk membuat kynurenine sebagai gantinya, meskipun itu beracun bagi neuron.

Peradangan juga memicu koagulasi, menciptakan gumpalan yang dapat menghalangi aliran darah ke sel dan membunuhnya. Dan itu mengaktifkan mikroglia, yang mungkin mencoba membuang lebih banyak neuron daripada biasanya.

Karya Boldrini akan membantu para ilmuwan menguraikan faktor-faktor yang mendorong kerusakan itu.

“Dia ahli dalam hal itu,” kata Dr. James Goldman, ahli saraf di Universitas Columbia. “Kami menantikan untuk melihat apa yang dia lakukan.”

::

Di ruangan terdekat, asisten peneliti Cheick Sissoko memeriksa untuk melihat apakah fragmen DNA yang diperoleh dari jaringan terlalu besar atau terlalu kecil untuk dianalisis dengan benar. Jika ukurannya tepat, Sissoko akan menggunakannya untuk lebih memahami ekspresi gen dalam sel-sel otak ini — terutama pada neuron muda yang tampaknya terkena dampak pada pasien COVID-19.

“Idealnya, kita dapat melihat setiap gen yang diekspresikan oleh satu sel,” katanya.

Boldrini dan asisten peneliti Cheick Sissoko

Boldrini dan asisten peneliti Cheick Sissoko berunding tentang kemajuan pekerjaan mereka.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Di hari lain, Sissoko berfokus pada RNA, molekul yang membantu mengubah instruksi DNA menjadi protein yang sebenarnya. RNA yang terkandung dalam jaringan otak dapat memberikan petunjuk tentang alarm yang dipicu dalam tubuh sebagai respons terhadap virus corona, dan bagaimana tubuh bereaksi terhadap ancaman yang dirasakan.

Sissoko menggunakan teknik baru yang canggih untuk mengurutkan RNA secara slide-by-slide. Itu memungkinkan dia untuk melihat bagaimana ekspresi RNA berubah di berbagai bagian otak.

KOLOM SATU

Sebuah karya untuk cerita menarik dari Los Angeles Times.

Pada akhirnya, para peneliti bertujuan untuk menggabungkan data pada RNA, mikroglia, neuron baru dan dewasa, dan koneksi yang mereka buat untuk membuat potret otak yang dirusak oleh COVID-19.

Dengan membandingkan otak pasien COVID-19 dengan dan tanpa gejala neurologis, Boldrini berharap dapat menjelaskan peran peradangan dalam berbagai penyakit neurodegeneratif, termasuk depresi dan demensia.

“Pandemi ini hampir seperti eksperimen alami di mana Anda mengalami banyak peradangan dengan cara yang sangat tidak biasa,” katanya. “Kami berharap ini akan mengklarifikasi beberapa mekanisme kerusakan otak secara independen dari COVID itu sendiri.”

Itu, pada gilirannya, dapat membantu orang memahami bahwa kesehatan mental adalah bagian penting dari kesehatan fisik.

“Saya pikir ini bisa sangat berguna untuk melawan stigma terhadap penyakit kejiwaan,” kata Boldrini. “Otak adalah organ, seperti yang lainnya.”

Christian Hicks Puig, seorang psikiater di Columbia Medical Center yang bekerja di klinik lama COVID, setuju. Banyak masalah kesehatan mental berakar pada proses biologis. “Ini semua sangat saling berhubungan,” katanya.

Ketika para peneliti seperti Boldrini memetakan serangan COVID-19 di otak, mereka dapat membantu dokter lebih memahami hubungan antara kesehatan mental, kesehatan kognitif, dan penyakit. Mereka juga dapat memperoleh wawasan tentang kebutuhan jangka panjang para penyintas COVID-19.

Kemajuan itu tidak akan mungkin terjadi tanpa kontribusi dari mereka yang tidak berhasil, kata Goldman.

“Kami sangat, sangat berterima kasih kepada keluarga yang mengizinkan kami melakukan otopsi ini,” katanya.

Boldrini setuju, menambahkan bahwa dia dan orang lain merasakan tekanan besar untuk menangani organ-organ ini dengan hati-hati.

“Ini adalah orang-orang,” katanya. Apa yang mereka ungkapkan tentang COVID-19 sangat penting. Apa yang mereka wakili tidak tergantikan.


Posted By : nomor hk hari ini