Институт физиологии НАН РБ разрабатывает метод по восстановлению повреждений мозга при помощи «специально обученных» нейронов, полученных из стволовых клеток
Проникнуть в неразгаданные тайны работы мозга — задача, которую собирается форсировать мировая наука в ближайшее десятилетие. Приоритет обозначен по обе стороны океана. ЕС выделил супергрант в 1,19 млрд. евро на проект «Мозг человека». Администрация США одобрила программу стоимостью более 100 миллионов долларов по составлению карты головного мозга, детализированной до нейронов. Журнал Science включил в десятку главных научных завоеваний 2013–го технологию Clarity, способную сделать ткани мозга прозрачными, оставив видимыми нервные клетки.
А в топ–10 достижений нашей науки, составленный в НАН Беларуси в начале года, вошел метод, вселяющий надежду на восстановление повреждений мозга при помощи специально обученных нейронов. Звучит, как фантастика. Как скоро такой подход станет реальностью, корреспонденты «СБ» выясняли в Институте физиологии НАН.
От нарушений функций мозга не застрахован никто. Взять хотя бы последние нашумевшие истории с неудачно упавшим на горном склоне Михаэлем Шумахером и пострадавшей в аварии дочкой Андрона Кончаловского Машей.
Травмы, кровоизлияния, абсцессы, опухоли ведут к разрушению участка мозга, гибели нейронов и потере функций, за контроль которых отвечали пострадавшие клетки. Конечно, с течением времени организм за счет своих ресурсов пытается восстановить утраченное, но процесс этот крайне медленный, а порой и вовсе бесперспективный.
Идея наших ученых — а в работе над этой темой по государственной научной программе «Конвергенция» объединены усилия нейрохирургов РНПЦ неврологии и нейрохирургии, биофизиков БГУ, нейрофизиологов Института физиологии — привнести в разрушенный участок новые нейроны или нейронные сети извне, чтобы они обеспечили контакт с оставшимися неповрежденными клетками, ускорив процесс выздоровления.
Заместитель директора по научной работе Института физиологии, профессор Владимир Кульчицкий поясняет, что в мозге доминирует объемное представительство функций — если заполнить недостаток нейронов в конкретной области, эти клетки и будут отвечать за задачи, возложенные на данный участок:
«Но так как нервные клетки в отличие от других выполняют более сложную работу, они ответственны за принятие решений, недостаточно их просто пересадить. Их надо обучить работать в нужном ритме».
Вопрос, как это сделать. Передать сигнал с помощью электродов уже пересаженным клеткам? Такие опыты в мире ведутся, но так можно воздействовать лишь на несколько десятков нейронов, а не на тысячи и более, которые нужны для образования нейронной сети.
Владимир Кульчицкий обращает внимание также на то, что «взрослые» нейроны пересаживать невозможно, они очень чувствительны к недостатку кислорода. Поэтому наши исследователи и решили работать именно со стволовыми клетками, выделенными из жировой ткани самого пациента, что позволяет избежать их отторжения в дальнейшем.
Пока эксперименты проводились на крысах.
Как известно, из стволовой клетки может вырасти любая специализированная. Трансформироваться во что–то определенное ей помогают ростовые факторы. В Институте физиологии подбирают эти, весьма недешевые, препараты так, чтобы клетки формировались в нейроноподобном направлении.
Выращивают будущие нейроны на специально разработанном для этой цели планарном сенсоре. Уникальное в своем роде устройство было создано совместно с сотрудниками кафедры биофизики БГУ, которой руководит академик Сергей Черенкевич, и уже запатентовано.
В этом своеобразном «инкубаторе», где поддерживается определенный уровень кислорода и СО2, в течение 8 — 10 дней популяцию клеток не только растят, но и одновременно учат работать в нужном ритме, раздражая при помощи электродов планарного сенсора.
«Совместно с биофизиками из БГУ мы протестировали довольно много вариантов ритмов и остановились на тета–ритме — 4 — 5 Гц, при котором удалось сформировать разветвленную нейронную сеть и сократить время процесса, что позволяет экономить дорогостоящие ростовые факторы», — знакомит с деталями Владимир Кульчицкий. На следующем этапе «тренированные клетки» имплантировали в мозг животного, у которого был разрушен один из участков.
В итоге функции — двигательная активность, сила в конечностях — восстанавливались на несколько дней раньше, чем у контрольной группы. Это существенный показатель, ведь само восстановление у животных идет гораздо быстрее, чем у человека.
И тем не менее пока вопросов, как эту методику применять на людях, хватает. Теоретически выращенную на планарном сенсоре нейронную сеть надо пытаться совместить с разрушенным участком мозга. Практически же это сложнейшая задача, которую пока не решили нигде в мире.
Однако пока изыскания идут, уже готовые наработки, уверены исследователи, можно применять на практике, используя более простой и абсолютно новаторский подход.
Недавно было доказано, что стволовые клетки — а они содержатся во многих тканях, в том числе и в слизистой оболочке носа — способны сами мигрировать по обонятельному нерву (да и другим, «выходящим» из черепа) в тот участок мозга, где появилась проблема.
Подобным эффектом и объясняются те вроде бы необъяснимые случаи восстановления функций человеком, долгое время пролежавшим в коме. Однако процесс этот очень медленный, клеток–помощников в зону бедствия попадает слишком мало.
Профессор Кульчицкий удивляет: «Мы стараемся в экспериментах помочь организму сократить этот срок. Если на периферии черепно–мозговых нервов каждый день делать инъекции уже выращенных и обученных нами нейроноподобных стволовых клеток, они будут сами перемещаться в нужную область мозга и встраиваться в сеть нейронов.
Эксперимент на животных показал, что это возможно. Так мы увеличиваем потенциал, данный природой, без сложных операций ускоряем восстановление. Сама процедура имплантации клеток элементарна — обычная инъекция, например, под слизистую оболочку носа. Это наш приоритет. Такого еще никто не делал».
Соавторы технологии — сотрудники РНПЦ неврологии и нейрохирургии. Сейчас на рассмотрении в Госкомитете по науке и технологиям находится проект, предусматривающий начало апробации «инъекционного» метода на добровольцах, которыми смогут стать пациенты РНПЦ.
Переход от экспериментального этапа к практическому может произойти уже в этом году.
Кстати Интерес к изучению мозга в мире подогревают не только растущая продолжительность жизни и все более частые случаи возникновения неврологических заболеваний, в том числе инсультов, гиперкинезов, болезни Альцгеймера. Свою лепту вносит интеграция наук. Ведь объединенные усилия физиков, химиков, нанотехнологов, биологов, нейрофизиологов, медиков быстрее дают конкретные результаты.
Советская Белоруссия №29 (24412). Пятница, 14 февраля 2014 года. Автор публикации: Юлия ВАСИЛИШИНА
Неврологи в Минске
Найдено 3 врачей (отображаются 1 - 3)
врач первой категории, стаж работы с 2002 г.
врач высшей категории
-
Медицинский центр «Альфамед», проспект Независимости 85
(8017) 292-57-04
врач первой категории
-
432-й военный госпиталь в Минске, Проспект Машерова 26, Минск
Дежурный по 432 ГВКМЦ 284-34-96
Трансплантология в Беларуси: можно ли пересадить голову человеку? Комментарий белорусского трансплантолога Руммо, нейрохирурга Смеяновича и нейрофизиолога Кульчицкого
Два года назад итальянский нейрохирург Сержио Канаверо впервые заговорил о пересадке человеческой головы. Хотя вернее будет сказать: человеческого тела — голове. Эта мысль даже на уровне невоплощенной идеи вызвала бурю среди медиков всего мира. Однако уже через каких–то два года Канаверо планирует провести сложнейшую операцию. По его словам, с помощью пересадки головы можно продлить жизнь пациентам, внутренние органы которых съел рак, или людям с дегенеративными заболеваниями нервной и мышечной системы. Сейчас возмутитель спокойствия собирает вокруг себя единомышленников и намерен объявить о запуске шокирующего проекта на ежегодной конференции Американской академии хирургов–ортопедов и хирургов–неврологов в июне. Однако готово ли общество к подобным экспериментам и, самое главное, чем закончится операция? И если первый вопрос скорее риторический, то по поводу второго высказали свое мнение наши эксперты.
По слухам, уже нашелся и доброволец — 50–летний парализованный американец, почти все органы которого отказывают. Ради возможности получить новое тело он готов рискнуть на операционном столе... Недавно Канаверо опубликовал статью, в которой схематично описал, как пройдет операция. Мозг живого человека охладят до 15 градусов, введут реципиенту кровоостанавливающий препарат, отделят голову от тела и поместят на туловище донора, соединив артерии и вены, затем скрепив позвоночник металлическими пластинами и в конце сшив мускулатуру и кожу. Но и сам экспериментатор признает, что для достижения успеха придется, например, найти способ, как восстановить нервные окончания спинного мозга и как быстро срастить голову с туловищем. Канаверо намерен использовать для соединения двух концов спинного мозга инъекции полиэтиленгликоля, который способствует регенерации, однако пока применялся исключительно на животных. Кроме того, нужно создать сверхострый скальпель, чтобы нервные волокна при разрезах травмировались как можно меньше.
Скептики сомневаются, что такой огромный путь можно преодолеть за те два года, которые определил для себя Канаверо. Многие специалисты вообще уверены, что вся эта задумка — просто желание сделать рекламу своему имени. К примеру, главный внештатный трансплантолог Минздрава, руководитель РНПЦ трансплантации органов и тканей Олег Руммо даже отказался комментировать тему, сославшись на ее явную нелепость.
Той же точки зрения придерживается и заведующий нейрохирургическим отделом РНПЦ неврологии и нейрохирургии академик НАН Арнольд Смеянович:
— Пересадка головы — это абсурд в высшей степени! Это просто пиар. Медицина еще не знает причины возникновения рака, что уж говорить о пересадке головы? В ближайшие 100 — 200 лет этот вопрос точно не решится. Пока же серьезные нейрохирурги смеются над такими заявлениями. И даже если отбросить все другие вопросы, например, «кому это нужно вообще?» или «кем будет считаться полученное существо?», то пересадка головы невозможна технически. Несмотря на все попытки, пересеченный бритвой спинной мозг человека уже не срастается со своим телом, тем более ничего не получится с чужим.
В то же время технологии, которые сейчас разрабатываются, в том числе у нас в стране, делают задумку итальянского врача не такой уж фантастической. К тому же, если раньше трансплантация была невозможна из–за отторжения организмом чужеродных тканей, то теперь это не проблема: современные препараты способны справиться с иммунной системой любого организма.
Перед медициной сегодня стоит другая важная задача. Заместитель директора по научной работе Института физиологии член-корреспондент НАН, профессор Владимир Кульчицкий рассказал, что ученые разных специальностей в ходе научной программы «Конвергенция» пытаются ее решить, а именно восстановить связи между различными отделами мозга и, в частности, между головным и спинным. Ведь новые технологии могут помочь людям, пострадавшим во время аварии или у которых отказала какая–либо область мозга, например, из–за инсульта или удаления опухоли. Тогда нередко тело частично разбивает паралич... Соблюдая этику, на этом этапе наши исследователи проводят эксперименты только на животных. А в будущем, очень может быть, разработанные технологии позволят парализованному человеку совершать самостоятельно простые движения: есть, одеваться.
— Импульсы от нервных клеток головного мозга поступают к нейронам спинного мозга через отростки — аксоны. Они передают информацию от головного через спинной мозг, заставляя, к примеру, наши ноги двигаться. Конечно, при пересадке головы или при травме во время аварии эти связи нарушаются. Погибает и часть клеток мозга. И есть несколько технологий, с помощью которых можно восстановить эти связи, — вводит в курс дела профессор Кульчицкий. —
Самое популярное сегодня направление — использование стволовых клеток: если разрушена часть мозга, то их применение позволяет образовывать новые нейронные сети и восстанавливать утраченные функции. Но есть и другие способы. Например, у нас разрабатывается технология по принципу «мозг — интерфейс — компьютер». Иными словами, связь между головным и спинным мозгом можно наладить, миновав разрушенные естественные каналы по отросткам нервных клеток — с помощью компьютерных технологий. Грубо говоря, электроды вживляются в различные отделы головного и спинного мозга или, как вариант, в головной мозг и в определенные группы мышц. В этом случае связь между ними идет через специальное компьютерное устройство.
Однако мало наладить связь головного и спинного мозга. В первом есть клетки, которые управляют внутренними органами: сердцем, легкими, поджелудочной железой и т.д. И без «направляющих» сигналов они если и будут работать, то не так, как в естественных условиях. Все это — задачи на будущее. И если попытка пересадить голову человеку таки будет предпринята, то она и подскажет, в каком направлении двигаться.
Факты «СБ»
История помнит несколько случаев пересадки головы на чужое тело. Разумеется, речь идет о животных. Благодаря таким экспериментаторам и их подопытным и зародилась трансплантология. Первопроходцем стал советский ученый–экспериментатор Владимир Демихов: в 1954 году он пересадил взрослой немецкой овчарке голову, плечи и передние лапы щенка. Его эксперименты продолжались 15 лет, за это время было создано два десятка двухголовых существ, все они умирали в течение месяца из–за отторжения тканей. А в 1970 году американский профессор–нейрохирург пересадил голову обезьяне. Ученому не удалось соединить головной мозг со спинным, и тело животного было неподвижным, служа лишь средством для поддержания жизни головы. Обезьяна прожила девять дней, а после умерла опять же из–за отторжения головы иммунной системой. Позже он пересаживал головы крыс и обезьян на туловища других животных, но все они умирали за несколько дней. А сейчас этой темой вплотную занимается профессор Сяо–Пин Жэнь из Харбинского медицинского университета. Вместе с коллегами он пока проводит опыты на мышах.
Советская Белоруссия № 51 (24681). Среда, 18 марта 2015
Автор публикации: Анна ОСОКИНА
