Белорусские ученые надеются с помощью электронного чипа восстанавливать утраченные функции мозга

Белорусские ученые пытаются обучить здоровые клетки организма восстановлению утраченных функций мозга в результате несчастных случаев или перенесенных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и др. Разработка нейрофизиологов и физиков "Программа - модель нейронного ансамбля гиппокампа", которая вошла в топ-10 научных достижений академических ученых в области фундаментальных и прикладных исследований 2013 года, составленный Национальной академией наук Беларуси, позволяет производить селективное обучение нейросетей, что направлено на использование обученных вне организма живых клеток при лечении заболеваний мозга. Сложность задачи состояла в том, что необходимо было совместить биологический объект клетки с материалами, в том числе металлами для работы в едином комплексе. О том, что уже удалось сделать в этом направлении, корреспонденту БЕЛТА рассказал заместитель директора по научной работе Института физиологии НАН Беларуси профессор Владимир Кульчицкий.

Пожалуй, многим известно о свойствах стволовых клетках, содержащихся в небольших количествах в крови и костном мозге, а также в еще меньших количествах во всех органах и тканях. Эти клетки могут под влиянием сигнальных молекул преобразовываться в клетки любых органов и тканей, поэтому в организме человека они играют роль своего рода экстренной помощи: если где-то возникает "неполадка", стволовые клетки направляются туда и, видоизменяясь в клетки поврежденного органа, способствуют восстановлению его функции. С возрастом количество стволовых клеток становится все меньше, соответственно, восстановительные возможности организма также снижаются. В результате страдает способность ткани к физиологической регенерации и к восстановлению после болезни или травмы. Группа белорусских ученых и врачей в содружестве с зарубежными коллегами пытается решить эту проблему путем отработки технологий внедрения стволовых клеток в мозг.

Как уже было отмечено, если ученые и врачи достигнут поставленной цели, это будет большой шаг на пути к восстановлению функций деятельности человека, утерянных в результате перенесенных заболеваний, которые относятся к социально значимым, поскольку страдает не только пациент, но и его родственники. По словам Владимира Кульчицкого, способ восстановления утраченных функций мозга, разработанный белорусскими нейрофизиологами, биофизиками, нейрохирургами, врачами, мог бы помочь и при таких патологических состояниях, которые развились после травмы мозга у семикратного чемпиона "Формулы-1" Михаэля Шумахера. Сейчас он находится в состоянии искусственной комы. "Помочь талантливому спортсмену пытаются лучшие врачи мира, - заметил Владимир Кульчицкий. - Вопрос для всех один, как потом помочь ему восстановить утраченные после травмы функции мозга".

Врачи констатируют, что традиционные методы лечения не всегда эффективны. Белорусские ученые пытаются с учетом современных технологий и накопленного экспериментального опыта совместить неповрежденную ткань мозга, расположенную рядом с разрушенным участком, с привнесенными извне популяциями нейроноподобных клеток, способных образовывать нейронные сети. "Клетки, которые культивируют вне мозга пациента, представляют собой именно живые клетки (не искусственные)", - подчеркивает Владимир Кульчицкий. При этом ключевой проблемой для всех, кто работает в этом направлении, является то, чтобы подготовленные вне мозга клетки, формирующие нейронные сети, находились на специальной поверхности, которая бы позволяла регистрировать сигналы и осуществлять взаимодействие нейронных сетей с остальными участками мозга. "После решения этой проблемы можно реально помочь человеку в управлении движениями, если он парализован, то есть восстановить утраченные функции", - поясняет Владимир Кульчицкий.

Над решением поставленной задачи белорусские ученые работали в течение последних 5 лет и продолжают разработку технологий. Сначала была реализована задача по созданию планарного сенсора, на поверхности которого можно выращивать популяции нейронов. Они в последующем будут заменять травмированные участки мозга. Также реализован проект по разработке технологий использования стволовых клеток из жировой ткани для того, чтобы не прибегать к помощи доноров, а имплантировать клетки самого пациента. Это позволяет избежать проблем с активацией защитных реакций организма, направленных на разрушение инородных клеток. "Благодаря реализации данного проекта биофизики БГУ совместно с нами и врачами РНПЦ неврологии и нейрохирургии создали устройство, которое помогает обучать стволовые клетки и ускоряет их развитие. За счет этого сокращается время обучения стволовых клеток и достигается экономия дорогостоящих ростовых факторов, которых требуется меньше для развития стволовых клеток в нейроноподобном направлении", - рассказал Владимир Кульчицкий.

Как пояснил профессор, процесс лечения может проходить несколькими способами. Один из них подразумевает использование клеток, дифференцированных в нейроноподобном направлении (но не до нейронных сетей) с сохранением возможности мигрировать в мозге. При реализации этой технологии необходимо делать трепанацию черепа. В экспериментах разрабатывается иной вариант. На поврежденный мозг воздействуют физическими факторами с целью активации функций эндогенных стволовых клеток мозга. Этот путь поможет избежать трепанации черепа. Еще одной технологией является попытка направить миграцию дифференцированных в нейроноподобном направлении клеток в мозг через окончания черепно-мозговых нервов. К примеру, через окончания обонятельного нерва в подслизистой оболочке носа. Этот метод также поможет избежать трепанации черепа. Наконец, самой продвинутой и сложной методикой является использование специальных чипов с популяциями клеток, объединенных в нейронные сети, которые будут взаимодействовать с нейронами мозга пациента. Преимуществом этой инновационной технологии является наличие обратной связи между врачом и пациентом через нейронные сети, благодаря чему возможна своевременная коррекция проводимой терапии.

Экспериментальный образец чипа для популяций клеток уже разработан белорусскими учеными. Находиться в голове пациента он должен до полного восстановления утраченных функций. Сказать, сколько будет длиться процесс восстановления, ученые и медики пока не могут - все будет зависеть от пластических свойств мозга и того, сколько времени человек был парализован.

По словам Владимира Кульчицкого, общество должно понимать, что среди множества актуальных научных проблем, которые решают ученые и врачи, есть те, которые напрямую затрагивают проблему жизни и смерти. При решении вопросов терапии заболеваний мозга целесообразно избегать спешки внедрения экспериментальных данных в практику. Но уже сейчас есть пациенты, которые согласны стать добровольцами и опробовать новую разработку на себе. О сроках внедрения данной разработки говорить пока рано. Но ученые продолжают работу, а один из научных проектов по данной тематике находится на рассмотрении в Государственном комитете по науке и технологиям Беларуси.

Ольга ШЕЛКОВА