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
Тренировки равновесия. Команда белорусских программистов и врачей придумала, как помочь людям, перенесшим инсульт, ЧМТ, страдающим церебральным параличом, рассеянным склерозом, болезнью Паркинсона и другими заболеваниями равновесия
В Минске пациентам с неврологическими заболеваниями помогают с помощью VR-технологий. Виртуальную реальность (VR) уже давно пытаются использовать на благо человека. Более того, ей прогнозируют в этом вопросе успешное будущее. В медицине VR активно используют в США и Израиле. Ноу-хау разрабатывают и у нас. Команда минского проекта VRHealth — а это и IT-специалисты, и врачи — создала инновационный комплекс программно-методических средств, которые помогут в реабилитации пациентов с использованием современных VR-технологий. Корреспондент «Р» испытала на себе разработку.
Гляди в оба
Еще недавно очки виртуальной реальности покупали геймеры, чтобы окунуться с головой в компьютерные игры, а уже сейчас их применяют в психиатрии и офтальмологии для успешной реабилитации пациентов. У нас же команда программистов, инженеров, дизайнеров и врачей придумала, как помочь людям, перенесшим инсульт, ЧМТ, страдающим церебральным параличом, рассеянным склерозом, болезнью Паркинсона и другими заболеваниями равновесия. К слову, их подход будет полезен и спортсменам для улучшения функций равновесия в различных видах спорта и экстремальных условиях.
Чтобы увидеть новую методику улучшения функций равновесия, мы встретились с соавторами проекта VRHealth Михаилом Юрченко и Никитой Сушей, а также кандидатом медицинских наук, врачом-неврологом и специалистом по диагностике и лечению вестибулярной дисфункции Ириной Марьенко. Что нам для апробирования нужно? Ноутбук, на котором установлена их программа реабилитации, два контроллера из комплекта шлема VR. И, конечно, шлем виртуальной реальности.
Михаил Юрченко и его партнер Никита Суша занимаются созданием различных активностей в виртуальной реальности. При изучении зарубежных материалов на эту тему поняли, что хотели бы призвать технологии на помощь людям. В то же время и Ирина Марьенко, специалист в области неврологии, искала партнеров, с которыми можно было бы создать доступную и удобную реабилитацию для пациентов. Воля случая, и они познакомились.
— Учитывая опыт работы с пациентами, у которых нарушена функция равновесия, мы столкнулись с тем, что предложения по реабилитации, увы, ограничены, — объясняет Ирина Марьенко. — Они представлены единичными средствами. Так, у нас используются механические тренажеры и аппаратно-программные комплексы с биологической обратной связью для восстановления равновесия российского производства. Последние довольно дорогие и требуют присутствия врача и наличия специальных помещений.
Отсутствие инструмента для продолжения восстановления функции равновесия дома послужило для команды отправной точкой в постановке задачи по созданию доступного метода восстановления равновесия для пациентов.
Новый метод
Поставили цель летом 2017 года и отправились на хакатон социальных проектов Social Weekend, где в короткие сроки смогли разработать первый прототип и методику тренировки равновесия человека с использованием VR. Причем все это решили подавать пациенту в игровой форме, чтобы он не чувствовал себя больным, а увлекался своей терапией. Так, в виртуальной реальности он может управлять объектами, перемещая просто свое туловище. И что же? После стартап прошел в основной конкурс Social Weekend и взял на нем Гран-при. Постепенно метод тренировки стал развиваться в полноценную платформу. Не так давно команда победила в республиканском конкурсе предпринимательских идей бизнес-школы ИПМ, став лучшим инновационным проектом страны.
— Чтобы воспользоваться нашим решением, человеку, которому необходима реабилитация, нужно приобрести шлем виртуальной реальности Oculus Rift или HTC Vive, он стоит около 800—1200 рублей в магазинах техники. Чтобы вы представляли: аппаратно-программный комплекс российского производства стоит от 24 000 рублей. Наш метод работает комфортнее — человек трудится сам под контролем медика, который сможет в дальнейшем удаленно просмотреть в программе результаты пациента, — Михаил Юрченко дает мне шлем, чтобы начать испытания новинки.
Вся реабилитация построена на микроиграх, где человек управляет разными персонажами, как бы ассоциируя себя с ними, направляя их в ходе игры своим телом.
— Мозг пациента воспринимает действия в игре как правильные положения, и со временем он запоминает, как двигаться, твердо стоять на ногах, — пока Михаил и Никита устанавливают контроллеры шлема, Ирина растолковывает мне метод. — Соответственно, проходя разные уровни сложности игр хотя бы пару раз в неделю, человек учится управлять своим телом, понимает, где у него баланс и как его поддерживать. Такие тренировки позволят человеку самостоятельно выходить из дома, социализироваться, заниматься полезными делами и сохранять свою двигательную активность.
А тем временем все готово. Выбран персонаж — сейчас я буду управлять пингвином на льдинке, с которой нельзя падать.
Не так уж и хорошо управляла пингвином и другими персонажами в разных игровых локациях. Но это же тренируется! И игра поспособствует улучшению моего баланса и устойчивости.
Наше ноу-хау
— Сегодня первое место в инвалидизации граждан нашей страны занимают онкозаболевания, второе — сердечно-сосудистые, а третье — неврологические. Среди детского населения первое место по инвалидизации у неврологических заболеваний. Поэтому заниматься развитием современных методов помощи нам необходимо, — подчеркивает Ирина Марьенко. — Но наша платформа — это не непосредственно лечение, а важное дополнение к той терапии, что есть.
— До нас в стране никто не использовал VR в восстановлении функций равновесия. Это наше ноу-хау, — добавляет Михаил Юрченко. — Поэтому наш метод и является самым крупным камнем в фундаменте по построению всей платформы, которая будет постоянно дополняться и совершенствоваться.
Когда все это будет доступно — вопрос времени. Стартап VRHealth уже перерос платформу: команда планирует продолжить совместную научно-исследовательскую работу с учреждениями здравоохранения, а также с представительствами спортивных организаций. Все это нужно для того, чтобы получить задокументированные, доказанные результаты о методе. Только на основании исследовательских отчетов команда сможет говорить о разработке инструкции на метод, позиционировании себя в медцентрах. Для прохождения регистрации метода также нужны средства. Поэтому сейчас выстраивается бизнес-модель всего проекта для привлечения инвесторов, готовых развивать такую важную социальную платформу.
