Лечение аритмии светом и доступный аналог самого дорогого лекарства в мире: на какие чудеса способны нейротехнологии в России

Фото: Roman Shashko/Shutterstock/Fotodom

Когда российские ученые выпустят дешевый, но более эффективный аналог самого дорогого лекарства в мире (стоимость одной инъекции “Золгенсма” 100 миллионов рублей)? Как с помощью лазера управлять ритмом сердца и лечить аритмии? Ради чего далекие предки человека отказались от такой удобной функции, как регенерация конечностей?

Эти и другие темы в программе «Время науки» на Радио «Комсомольская правда» (97,2 FM) обсуждали:

- радиожурналист Мария Баченина,

- академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ),

- их гость – доктор биологических наук, нейробиолог, профессор РАН, член-корреспондент РАН, директор Федерального центра мозга и нейротехнологий Федерального медико-биологического агентства Всеволод Белоусов.

Академик РАН Александр Сергеев, радиожурналист Мария Баченина и гость радиопередачи – доктор биологических наук, нейробиолог, профессор РАН Всеволод Белоусов.

Фото: Евгения ГУСЕВА. Перейти в Фотобанк КП

ЧЕМ ТЕРМОГЕНЕТИКА ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ОПТОГЕНЕТИКИ?

Мария Баченина:

- Всеволод Вадимович, а что такое нейротехнологии?

Всеволод Белоусов:

- В общем смысле - это технологии, которые позволяют либо считывать сигналы с нервной системы (электрические и химические), либо, наоборот, воздействовать на нервную систему определенным набором стимулов. Это может быть оптическое излучение, магнитное, электрическое или ультразвук. То есть любой способ, который позволяет модулировать активность нервной системы.

Мария Баченина:

- Воздействуя на мозг ученые лечат человека. А можно ли таким воздействием управлять индивидуумом?

Всеволод Белоусов:

- Между лечением и управлением нет границы. Потому что, когда, мы, например, делаем новую технологию стимуляции нервных клеток для лечения эпилепсии, нам надо таргетно активировать популяцию тормозных нейронов в очаге эпилепсии, загасить эту активность. Что мы делаем? Мы управляем этими нейронами. У нас есть технология термогенетики, которую мы уже с десяток лет разрабатываем, сейчас она уже очень близка к реализации…

Александр Сергеев:

- Наверное, надо пояснить, что такое термогенетика и оптогенетика?

Всеволод Белоусов:

- У нас в нервной системе есть клетки, которые чувствуют температуру. Вот мы можем дотронуться до чего-то холодного или горячего и нейроны это «чувствуют». За процесс ощущения температуры отвечают определенные белки-терморецепторы. Это своего рода антенны, которые активируют нейроны. Сигнал, условно говоря, доходит до мозга, и мы понимаем, что дотронулись до чего-то теплого или горячего.

Александр Сергеев:

- А оптогенетика?

Всеволод Белоусов:

- Термогенетика – это когда мы можем взять эти белки-антенны, переставить их в другие клетки. Это могут быть нейроны уже не в коже, а в головном мозге, или, например, кардиомиоциты в сердце и этими нейронами можно управлять с помощью тепловых импульсов. Оптогенетика – это когда мы делаем то же самое с помощью света, чувствительных рецепторов, они называются опсины. И если мы этот опсин поместили в нейрон, тоон будет реагировать на свет и точно так же генерить в ответ электрические импульсы.

РИТМОМ СЕРДЦА УПРАВЛЯЕТ ЛАЗЕР

Мария Баченина:

- А как вы свет доставите в черепную коробку?

Всеволод Белоусов:

- Через имплантацию оптоволокна. Вообще нейрохирурги имплантируют в голову уже много чего. Например, есть технологии глубинной стимуляции мозга, когда надо электроды имплантировать довольно глубоко в субталамические ядра. Их стимулируют, например, при болезни Паркинсона, чтобы у человека прошел тремор. Точно так же можно имплантировать оптоволокно. Но проблема с оптогенетикой не в доставке света, а в том, что те антенны, которые мы используем - то есть светочувствительные белки - приходят из одноклеточных водорослей, бактерий. А они воспринимаются нашим организмом, как чужеродные, значит иммунная система будет эти клетки пытаться атаковать. Поэтому мы, собственно, и пришли к термогенетике, потому что здесь используем родные человеческие тепловые антенны.

Мария Баченина:

- А как выглядит эта антенка?

Всеволод Белоусов:

- Это белковая молекула, которая сидит в мембране нейрона и реагирует на тепло. Что происходит, когда мы коротким тепловым импульсом стреляем в эту антенну? В ней открывается маленькая дырочка, и через нее начинают идти положительно заряженные ионы, в данном случае – в основном кальций. Соответственно, этот ток кальция рождает электрический импульс, который распространяется по нервной системе. Эта система сейчас у нас работает в мозге экспериментальных животных, и мы научились управлять их ритмом сердца, стреляя с определенного расстояния лазером по миокарду. В перспективе мы рассчитываем использовать эту технологию для лечения аритмии у людей. Современные системы кардиостимуляции хороши, но ряд аритмий очень сложно таким образом лечить, потому что нужно электрические провода тянуть сквозь камеры сердца определенным образом. И здесь нужны технологии, когда можно воздействовать на сердце снаружи.

РОССИЙСКИЙ АНАЛОГ “ЗОЛГЕНСМЫ”

Мария Баченина:

- Давайте вернёмся к антеннам. У меня может быть немного наивный вопрос: а если вы помещаете генетически перепрограммированный белок в организм, не меняется ли в связи с этим генетический код человека? Не передастся ли это по наследству?

Всеволод Белоусов:

- Очень правильный вопрос. В нашем случае вмешательство происходит не в половые клетки человека, которые используются для размножения, а в соматические, то есть в клетки мозга, они уже приобрели какую-то функцию. А информацию мы доставляем в виде вируса, который не встраивает ее в геном. Поэтому она по наследству передаваться не будет. Но в целом генная терапия – это тоже одна из нейротехнологий. У нас есть такая программа – Центры геномных исследований мирового уровня. Мы в коллаборации с Центром физико-химической медицины Лопухина получили финансирование как раз под генную терапию. В рамках этого проекта мы разрабатываем отечественный аналог, я бы даже сказал - улучшенную версию генетического препарата для лечения спинальной мышечной атрофии (СМА).

Доктор биологических наук, нейробиолог, профессор РАН, член-корреспондент РАН, директор Федерального центра мозга и нейротехнологий Федерального медико-биологического агентства Всеволод Белоусов в редакции "Комсомолки".

Фото: Евгения ГУСЕВА. Перейти в Фотобанк КП

Александр Сергеев:

- Швейцарский препарат от СМА “Золгенсма” является самым дорогим лекарством в мире: одна инъекция стоит 100 миллионов рублей.

Всеволод Белоусов:

- Да, а наш будет стоить гораздо дешевле. И, судя по экспериментам на животных, которые сейчас у нас ведутся, он более эффективный. У него нет двух главных минусов “Золгенсмы” – кардиотоксичности и гепатотоксичности. То есть он не нагружает сердце и печень пациентов. Та версия препарата, который сейчас используется, имеет побочные эффекты, поскольку вирус, помимо мозга, заходит еще активно в сердце и печень, создавая там очень большую вирусную нагрузку и воспаление.

Александр Сергеев:

- А ваш препарат более эффективно преодолевает гематоэнцефалический барьер?

Всеволод Белоусов:

- Да. Он идет гораздо лучше в мозг и гораздо хуже в печень и сердце. У нас модельные мыши больные СМА уже год живут после единичной инъекции. А если их не колоть, они на 20-й день после рождения умирают. Пока у нас идет доклиника уже с хорошими результатами. А клинические исследования мы должны завершить в 2029-2030 году.

Александр Сергеев:

- А сколько детей рождается с СМА?

Всеволод Белоусов:

- Несколько сотен детей в России. Есть несколько препаратов, но вот этот - один из наиболее эффективных. А если говорить о недавно созданном Научном центре мирового уровня в сфере нейропротезирования, то у него несколько задач. Задача номер один – создание бионических протезов, которые умеют чувствовать. Они уже производятся. У нас сформировалось что-то вроде частно-государственного партнерства: есть государство, оно выделяет средства, и индустриальный партнер - компания «Моторика». Это один из лидеров в России и в мире по бионическим протезам. Что такое бионический протез? Вы не просто косметически замещаете конечность, а можете этим протезом захватывать, перемещать какие-то предметы, совершать действия, используя электрические сигналы с мышц, оставшихся в культе. Но с этим протезом есть одна проблема: если вы закроете глаза, то не чувствуете никакой информации от протеза. То есть в темноте вы пользоваться протезом уже не сможете, они лишены чувства принадлежности, что это часть меня. Наша задача – сделать протезы, которые будут с датчиков, расположенных в пальцах, посылать информацию обратно в нервную систему.

Александр Сергеев:

- Научить протез чувствовать себя частью организма?

Всеволод Белоусов:

- Да, фактически передавать обратно в организм тактильную информацию. Это, во-первых, позволяет гораздо более качественно управлять протезом, получать сенсорную обратную связь. Ровно как мы в обычной жизни. И при этом у пациента появляется чувство, что у него есть рука, а не просто железяку пристегнули, и она работает.

КТО СТАНЕТ ПЕРВЫМ КИБОРГОМ?

Александр Сергеев:

- Но ведь сенсоры могут не просто вернуть утраченную функцию, а расширить и усилить возможности человека с ампутированной конечностью.

Всеволод Белоусов:

- Конечно. Меня часто спрашивают: а когда мы перейдем от лечения к улучшению человека? Кто будут первые настоящие киборги - люди, с дополненными возможностями? И в какой-то момент я вдруг его понял, что это будут люди с протезами. Потому что мы не можем, условно говоря, пришить человеку шестой палец. А сделать протез с 6 пальцами- легко!

Александр Сергеев:

- Или интегрировать экзоскелет с возможностью прыгать на 10 метров в высоту.

Всеволод Белоусов:

- Да. Или сверхточно выполнять какие-то манипуляции.

МЫ ПОМНИМ КАЖДЫЙ ДЕНЬ СВОЕЙ ЖИЗНИ

Александр Сергеев:

- Всеволод Вадимович, а ведь познание мозга, наверное, можно осуществлять через изучение мозга каких-то уникальных людей, у которых фантастическая память, еще что-то.

Всеволод Белоусов:

- Такие исследования ведутся и у нас, и за рубежом. Иногда выпадение какой-то функции растормаживает другую функцию. То есть оказалось, что у нас не просто какие-то зоны мозга соседствуют: эта отвечает за речь, другая за зрительное восприятие, третья за моторику и т.д. Но оказывается, что области мозга, особенно соседние, регулируют активность друг друга. Мозг вообще очень сбалансированная система. Действительно, есть люди с феноменальной памятью. Но известны случаи (их немного), когда память вдруг растормаживалась после черепно-мозговой травмы, когда у человека какая-то область мозга погибала. И вдруг оказывалось, что этот пациент помнит вообще каждый день своей жизни. Тогда стало понятно, что память – это не о хранении информации. Мы, видимо, храним бОльшую часть информации всю жизнь…

Александр Сергеев:

- Память - это доставание информации?

Всеволод Белоусов:

- Да, ее извлечение из некоего каталога. Это свойство памяти – тут помню, тут не помню, оно возникло не просто так. Значит, у этого явления есть очень мощная эволюционная основа. Нам нужно помнить только какие-то очень важные вещи, иначе мозг будет перегружен. Зачастую люди со сверхспособностями обделены в чем-то другом. Есть люди с аутизмом, которые способны производить в уме невероятные вычисления. Есть гениальные музыканты, которые в социальном общении совершенные дети, у них эмоциональный интеллект может быть на нуле. То есть сверхспособность не всегда, но очень часто развивается за счет каких-то других, иногда очень важных функций.

Александр Сергеев:

- В процессе эволюции мы утратили такую способность, как регенерация. Вот человеку ногу ампутировали - мы изобретаем чувствительный протез. И в идеале было бы хорошо, как у ящерицы - вырастить новую лапку. Возможно, когда-то предшествующие нам виды, обладали этой возможностью. Я знаю, что у вас в центре, тоже ведутся работы по регенерации конечностей.

Всеволод Белоусов:

- В нашем Центре мозга ФМБА России есть программа, которая называется «заместительная терапия мозга», когда мы можем взять клетки кожи пациента, превратить их в стволовые и вырастить из них некий нейтральный конструкт. Затем из них можем в пробирке вырастить какой-то небольшой участок мозга и имплантировать его человеку взамен утраченного в результате черепно-мозговой травмы, инсульта или операции по удалению эпилептоидной зоны или опухоли. И мы, и весь мир, постепенно, шаг за шагом к этому идем.

Что касается регенерации конечностей, это интересная тема, ею занимается активно лаборатория Андрея Зарайского в Институте биоорганической химии. Они обнаружили в свое время, что гены, которые отвечали за эту регенерацию, в ходе эволюции были утрачены одновременно с развитием мозга. То есть, судя по всему, мы пожертвовали регенерацией, но за счет этого получили возможность резко ускорить развитие мозга.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Запасные части для человека: как современная трансплантология продлевает жизни людей