В лаборатории клеточных технологий учёные научились выращивать нейронные сети, что позволило найти эффективные методы борьбы с различными заболеваниями, задуматься о трансплантации выращенной мозговой ткани, а также создать действующие модели биороботов.
Охота за мыслью
Елена Смирнова, «ЛекОбоз»: Мозг часто сравнивают с компьютером. Удалось ли расшифровать коды этого биологического процессора?
Ирина Мухина: Изучение человеческого мозга включает два аспекта: фундаментальный и прикладной. С точки зрения фундаментальной науки по-прежнему вопросов больше, чем ответов. Биохимический состав мозга разобран на наноуровне, мы знаем, какие имеются рецепторы, какие продуцируются белки и т. д. Но как осуществляется мышление, никто сказать не может. Возможно, для ответа на этот вопрос потребуется жизнь всей человеческой цивилизации.
Если говорить о прикладном аспекте, то здесь изучение мозга вносит существенный вклад в развитие целого ряда отраслей — от электроники до фармации. И практика показывает, что чем ближе созданная система к биологическому прототипу, тем она совершеннее.
— Ваши сотрудники совместили искусственно выращенные нейронные сети с электронной системой и создали биоробота. Как он устроен и способен ли самостоятельно мыслить?
— Около 30 лет назад появились специальные платформы, позволяющие выращивать в чашках Петри нейронные сети и регистрировать электрические потенциалы, исходящие от нервных клеток. Меняя условия среды, можно наблюдать ответную реакцию нейронов в виде изменения электрического потенциала. Мы установили, что нейронные сети обучаемы и обладают определённой памятью. Если соединить нейронную сеть с роботом, то он начинает выполнять команды, поступающие от нейронов. Мы даём «мозгу в пробирке» некую задачу, которую он решает самостоятельно.
Разумеется, в создании таких систем принимают участие не только специалисты по биомедицине, но и математики, программисты, радиофизики. Все современные подходы к изучению мозга рождаются на стыке нескольких наук.
«Протез» для головы
— Можно ли «мозг из пробирки» пересадить пациенту, утратившему значительную часть собственной мозговой ткани в результате травмы или болезни?
— Такая амбициозная задача ставится в обозримой перспективе. Для её выполнения необходимо научиться выращивать нервную ткань не на плоскости, а в объёме, что требует новых технологий и прежде всего особых материалов для создания «каркаса» нейронных сетей. «Каркас» должен обеспечивать оптимальные условия развития клеток in vitro, а при пересадке в живой организм не вызывать реакции отторжения и достаточно быстро самоликвидироваться.
— Как далеко вы успели продвинуться в этой сфере?
— У нас был успешный опыт пересадки мозговой ткани лабораторной мыши, но пока это единичный результат. Сейчас наша основная задача — подобрать наилучший материал для «каркаса». Пока мы остановили свой выбор на хитозане — веществе, составляющем основу панцирей ракообразных и внешних скелетов многих насекомых. Повторяю, что все разработки находятся в стадии экспериментов. Регенерационная медицина — это удел будущего.
Курс лечения прокладывают... мыши
— Возможно ли использовать ваши разработки для лечения неврологических и психических заболеваний?
— Это одно из самых перспективных направлений клеточных технологий. Сейчас во всём мире набирает популярность трансляционная медицина, когда то или иное расстройство, выявленное у конкретного пациента, моделируется на животных (в частности, на мышах), что даёт возможность подобрать оптимальный курс лечения. Мы можем понять, какие вещества и какие рецепторы включены в патологический процесс, чтоб провести индивидуальную коррекцию.
— Наверное, такой подбор обходится весьма недёшево?
— И для пациента, и для здравоохранения в целом это обходится дешевле, чем принятый в России подход подбора лекарств: если не действует одно, врач назначает другое, третье и так далее. В Великобритании, например, индивидуальная трансляционная медицина широко используется более 15 лет. Она позволяет достичь ощутимых результатов даже при таких трудно поддающихся лечению заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, эпилепсия, шизофрения, последствия инсульта и т. д.
Требуется национальная программа
— Каковы перспективы трансляционной медицины в нашей стране?
— Учитывая большую распространённость генетических заболеваний, требующих индивидуального подхода к лечению, перспективы трансляционной медицины весьма обширны. Основная сложность в создании материальной базы, в частности — в отсутствии достаточного количества так называемых SPF-вивариев, позволяющих создать стандартные условия содержания лабораторных животных. Появление сети таких вивариев обеспечило бы возможность обмена коллекциями животных между научными центрами для более быстрого и эффективного подбора оптимального лечения при различных заболеваниях.
В США, европейских странах, Японии эта работа поставлена на поток. В нашей стране подобные крупные виварии имеются только в Пущине-на-Оке и Новосибирске. В Нижнем Новгороде НижГМА и ННГУ только начали движение в этом направлении, хотя в городе находится несколько НИИ медико-биологической направленности, работа которых требует стандартизованных лабораторных животных.
— Сейчас много говорится о государственной поддержке инноваций. В какой степени эти меры затро- нут сферу трансляционной медицины?
— Пока в официальных документах речь идёт о создании национального генетического центра. Но одного центра на всю страну мало, такие центры необходимо создавать на региональном уровне, обеспечив при этом федеральное финансирование. Я считаю, что создание региональных генетических центров с SPF-вивариями должно стать национальным проектом, направленным на самое гуманное, эффективное и экономически выгодное лечение. Кстати, SPF-виварии нужны и для проведения доклинических исследований, являющихся одним из самых значимых звеньев создания новых лекарственных средств.
Новый препарат: внедрение не за горами
— Технологии «мозга в пробирке» позволяют не только подбирать, но и создавать лекарственные вещества?
— Да, у нас разрабатывается лекарственный препарат, повышающий жизнеспособность мозговой ткани в условиях жёсткой гипоксии. Это очень актуальная проблема, так как при сосудистых катастрофах нервные клетки гибнут в результате нехватки кислорода. Мы уже три года изучаем фармакологическое действие препарата на разных моделях ишемии нервной ткани.
— Что лежит в основе действия этого препарата?
— Наиболее эффективны те препараты, которые органически включены в метаболизм человеческого организма, то есть имеют некие естественные аналоги. В нашем случае речь идёт об эритропоэтине. Его антигипоксическое действие используют спортсмены для достижения сверхвысоких результатов. Но у пациентов с нарушениями мозгового кровообращения эритропоэтин применять нельзя, так как он повышает риск образования тромбов. Можно создать препарат, который, обладая достоинствами эритропоэтина, лишён его недостатков. То есть он увеличивает резистентность к гипоксии, не вызывая сгущения крови.
— В какой стадии находится разработка препарата и когда можно ожидать его внедрения в практику?
— Для начала процедуры регистрации препарата мы готовы подать заявку на получение субсидий от Минпромторга РФ в рамках стратегии развития фармацевтической промышленности на период до 2020 года. Это длительная и трудоёмкая процедура, на рассмотрение заявки уходит около года. Затем, если всё сложится успешно и нам выделят средства на дальнейшую работу, ещё три года уйдёт на клинические испытания. Если учесть, что мы уже затратили три года на доклиническое изучение препарата, то шесть-семь лет на внедрение — это очень хороший результат.
— Можно ли сказать, что такие лаборатории, как ваша, открывают реальные возможности для разработки отечественных фармацевтических средств и способствуют развитию импортозамещения?
— С импортозамещением в фармации дело обстоит примерно так же, как в животноводстве: если требуется мраморная говядина, то сначала нужно построить ферму, подготовить кормовую базу, вырастить бычков. За неделю мраморную говядину не получишь, а тем более не создашь инновационный лекарственный препарат. К сожалению, в 90‑е годы многое было разрушено. Негативные процессы затронули и нижегородскую нейрофизиологическую школу, созданную знаменитым академиком Анохиным: средства на развитие не выделялись, оборудование не закупалось, люди теряли веру в значимость своих исследований. Но начиная с 2007 года нам удалось заново создать материальную базу, объединить творческий коллектив учёных и выйти на экспертный уровень. Для реального импортозамещения в фармации требуются подготовка кадров и материальная база, включая уже упомянутые SPF-виварии. Если будет адекватная государственная поддержка, то и инновационные отечественные препараты непременно появятся.