В мире около 50 миллионов человек страдают неврологическими и нейродегенеративными заболеваниями - болезнь Паркинсона, дистония, хроническая боль. К 2050 году эта цифра может увеличиться до 115 миллионов.
Команда ученых РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России учится управлять активностью нейронов в мозге, чтобы положить этим адским мучениям конец. Врачи применяют методы термогенетики, говорит кандидат биологических наук Олег Подгорный: «Термогенетика наиболее перспективна как метод неинвазивной (без операции - прим. Ред.) глубокой стимуляции мозга».
КАК УПРАВЛЯЮТ НЕЙРОНАМИ
Генная инженерия не стоит на месте, и исследователи получили новые инструменты на основе генно-инженерных белков с уникальными свойствами.
- Как это работает: мы берем генетический элемент, продуктом которого является белок, обладающий известными и, на наш взгляд, полезными свойствами, - объясняет Олег Подгорный. - И внедряем его в клетки мозга. Это приводит к появлению новых свойств, которые могут транслироваться на уровень целого мозга и даже всего организма. Преимущество такого подхода - высокая пространственная и временная избирательность. Мы сами решаем, в каких клетках и в какой момент времени эти свойства проявляются.
ЧТО ТАКОЕ СИНТЕТИЧЕСКАЯ НЕЙРОБИОЛОГИЯ
Это наука, которая создает нервные системы с новыми, полезными для научных исследований и индустрии свойствами. Наиболее яркие ее примеры - опто- и хемогенетические технологии. Их применяют для управления электрической активностью нервных клеток.
- Мы внедряем генетический элемент, который кодирует белок с уникальными свойствами, в живые клетки (в том числе нейроны головного мозга), а затем, когда этот белок наработается в клетках, активируем его, - рассказывает Олег Подгорный. - Для активации есть несколько разных способов:
С помощью света (оптогенетика);
С помощью лиганда. Это, как правило, искусственно синтезированная молекула, которая не вступает в реакции с другими биомолекулами в клетке. Активация происходит путем связывания со специфическим участком запрограммированного белка. Этим занимается хемогенетика.
За счет нагрева (термогенетика).
Этими методами можно управлять процессами в живых клетках, начиная от синтеза белка в клетке и заканчивая регулированием сердечного ритма и секреции гормонов.
- Ключевое преимущество опто- и хемогенетики - возможность манипулировать электрической активностью нервных клеток с высокой точностью в пространстве и во времени, - поясняет ученый. - Эти технологии широко применяют в экспериментальной науке, но из-за некоторых недостатков они не могут быть транслированы в медицину. В отличие от этих технологий, термогенетика, которую мы уже опробовали на модельных животных, основана на использовании термочувствительного белка человека. Это позволит избежать иммунологических проблем, связанных с реакцией организма на чужеродные белки.
ЛЕЧЕНИЕ НА РАССТОЯНИИ ВОЗМОЖНО, НО ПОКА ТОЛЬКО В ПЕРСПЕКТИВЕ
Термогенетика - перспективный и удобный метод управления мембранным потенциалом нейронов посредством нагрева, например с помощью инфракрасного излучения.
- С практической точки зрения ее можно применять в фундаментальных исследованиях, а также в клинике для глубокой стимуляции мозга, - поясняет Олег Подгорный. - Сейчас для этой процедуры в мозг имплантируют электроды. А с помощью термогенетики глубокая стимуляция мозга может стать неинвазивной, то есть череп не придется вскрывать. Это обеспечивается нагревом тканей мозга с помощью фокусного ультразвука высокой интенсивности. Поэтому термогенетика может сильно облегчить жизнь пациента, уменьшив или даже устранив некоторые неврологические симптомы. Например, значительно облегчить симптоматику (неровную походку, трясущиеся руки, забывчивость - прим. Ред.) при болезни Паркинсона.
Но пока термогенетика не используется в медицинских экспериментах. Исследование находится в самом начале пути, и наиболее важные результаты были получены в течение последнего года.
Для того чтобы применять термогенетику в медицине, необходимо получить разрешение этических комитетов на проведение процедур, которые сочетают использование генной инженерии и медицинского прибора. В нашей стране пока отсутствует нормативная база для подобных действий. Из-за этого сложно предсказать, когда термогенетика будет использоваться на практике.