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
Институт физиологии НАН РБ выполняет проект по лечению травм мозга и инсультов с использованием стволовых клеток пациента
Исследователи прогнозируют прорыв в изучении деятельности головного мозга. На чем основана такая убежденность? Разделяют ли ее белорусские нейрофизиологи? Об этом – разговор с кандидатом биологических наук, специалистом в области экспериментальной нейрофизиологии, заведующей лабораторией нейрофизиологии Института физиологии Национальной академии наук Республики Беларусь Светланой Пашкевич.
Перспективы
– Светлана Георгиевна, почему в мире так активно занялись исследованием деятельности головного мозга?
– Сегодня совершенно очевидно: будущий научно-технологический прорыв возможен в первую очередь в таких направлениях, которые отличаются высокой коммерческой привлекательностью, нацелены на широкий рынок. Поэтому, в частности, предполагается резкое развитие технологий, направленных на коррекцию патологических процессов в организме человека, что позволит добиться не только радикального продления жизни, но и сохранения на долгие годы работоспособности и здоровья. Работы в этом направлении включают и создание робототехники, систем искусственного интеллекта.
По прогнозам, к 2060 году в мире будет доминировать научно-технический уклад, базирующийся на информационных технологиях, ориентированных на развитие интеллектуальных способностей человека.
Эти технологии позволят передавать информацию из мозга человека компьютерам, а от них сигналы будут направляться к исполнительным устройствам. Речь не идет о бездельнике, лежащем на печи и мечтающем о царевне и пирогах. Мы будем генерировать идеи, а сложные устройства, например, роботы, будут их реализовывать.
– Эти задачи актуальны и для белорусской науки?
– Как во всех развитых странах мира, в Беларуси проводятся исследования, связанные с изучением возможностей человеческого мозга. Передача сигналов между его клетками осуществляется на квантовом уровне, и для углубленного анализа этого процесса необходимо объединять усилия нейрофизиологов, биофизиков, биохимиков, молекулярных биологов, математиков. В этой работе следует учитывать и достижения нанобиотехнологии. В 2013 году в стране по инициативе ученых и при поддержке Президиума Национальной академии наук Беларуси создана Республиканская ассоциация наноиндустрии. Известно, что токсичность наночастиц ограничивает их широкое внедрение в клиническую практику. Однако исследования сотрудников лаборатории нейрофизиологии в рамках Государственной программы научных исследований «Фундаментальная и прикладная медицина и фармация» подтвердили гипотезу о том, что токсичность наночастиц целесообразно использовать для разрушения патологически измененных клеток и тканей. Особенно перспективен такой метод для борьбы с новообразованиями в мозге.
– Во всем мире активно идет разработка интерфейсов «Мозг – компьютер» (систем для обмена информацией между мозгом и электронным устройством. – Прим. ред.). А для нас это вопрос будущего или настоящего?
– Это одна из приоритетных задач, поскольку речь идет не просто о будущих технологиях, а об эффективном использовании интеллекта наших граждан. Решая ее, работники лаборатории нейрофизиологии сотрудничают со специалистами БГУ, Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, БГУИР, Института физики НАН Беларуси. Создание таких интерфейсов открывает новые перспективы для более результативного раскрытия творческого потенциала мозга, создания инновационных поисковиков, повышения качества медобслуживания, реабилитации инвалидов, продления творческой жизнедеятельности. Собственно, открытие Государственной программы научных исследований «Конвергенция» (инициатор программы и один из ее руководителей – заместитель председателя Президиума, член-корреспондент НАН Беларуси Сергей Яковлевич Килин) и было продиктовано необходимостью разработки новых технологий исследователями разных специальностей.
– Возможно ли управлять силой мысли механическим роботом?
– Создание микрочипа (планарного сенсора) группой нейрофизиологов и биофизиков под руководством академика НАН Беларуси Сергея Черенкевича активизировало работы в этой области. На микрочипе уже можно формировать сеть нервных клеток, а следующий шаг – разработка способа передачи сигналов от клеток к датчикам сенсора и наоборот. И, кстати, в мире уже появились первые роботы, которыми человек управляет с помощью мысли.
Достижения и загадки
– Люди давно ждут, когда наука предложит средства борьбы с такими тяжелыми недугами, как болезни Паркинсона, Альцгеймера, хронические психические расстройства…
– Попытки выяснить причины заболеваний мозга, найти способы их лечения предпринимаются во всем мире. Поскольку подобные патологии на начальных этапах развиваются практически бессимптомно, их диагностика очень сложна, а профилактика затруднена.
Белорусские ученые, работающие в рамках программы «Конвергенция», предположили возможность коррекции некоторых нарушений при воздействии на нейроны головного мозга, которые отвечают за проверку эффективности выполнения его команд организмом.
Некоторые из этих нейронов содержат дофамин (один из нейромедиаторов, вырабатываемый в мозге) и реагируют на него. При экспериментальном изменении функций клеток мозга, вырабатывающих дофамин, у животных развивается нарушение координации движений. Такие сбои формировались как при блокаде нейронов с дофамином, так и при активации этих клеток мозга. Теперь ученым необходимо установить, в каких случаях целесообразно активировать лекарствами клетки, контролирующие движения, а в каких – тормозить их активность. Еще более сложные задачи предстоит решить, например, при изучении болезни Альцгеймера.
– Какие еще работы белорусских нейрофизиологов вы могли бы отметить?
– Сейчас наш институт совместно с РНПЦ неврологии и нейрохирургии Министерства здравоохранения приступает к выполнению нового проекта.
В его основе – лечение травм мозга и инсультов с использованием стволовых клеток самого пациента. Новизна в том, что стволовые клетки вводятся не в кровеносное русло или в поврежденный участок мозга, а проникают в мозг по отросткам черепно-мозговых нервов.
Методика становится доступнее и эффективнее.
А еще совместно с РНПЦ оториноларингологии Министерства здравоохранения нашими научными сотрудниками установлены новые причины остановок дыхания во сне, что позволяет более эффективно лечить пациентов.
Обнаружено, что при распространенной форме остановки дыхания (сопровождаемой храпом) задействованы механизмы в воздухоносных путях и мозге.
Теперь врачи целенаправленно лечат пациентов с учетом особенности работы как периферических, так и центральных механизмов дыхания.
