Движение – в жизнь
Сотрудники лаборатории нейропротезов Санкт-Петербургского государственного университета занимаются не только тем, что ищут способ вернуть подвижность парализованным людям – здесь также стараются помочь космонавтам, которым приходится справляться с непривычной для человеческого организма невесомостью.
По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире от 250 000 до 500 000 человек получают повреждения спинного мозга. Потому неудивительно, что одной из самых востребованных и перспективных биомедицинских дисциплин стало нейропротезирование, в котором занимаются разработкой нейрональных протезов, позволяющих восстанавливать утраченные способность двигаться и чувствовать.
Чем больше мы узнаем о том, как устроен и работает спинной мозг и периферическая нервная система, тем все больше и больше у нас появляется возможностей для того, чтобы использовать эти знания в медицине. Исследования, посвященные тому, как восстановить поврежденный спинной мозг, идут во многих научных центрах. Один из таких центров недавно открылся в Санкт-Петербургском государственном университете (СПбГУ), где в Институте трансляционной биомедицины (ИТБМ) появилась лаборатория нейропротезов. «Мне предоставили возможность выбрать, где создавать лабораторию. Я выбрал ИТБМ, поскольку идея ИТБМ мне близка и четко отражает задачи лаборатории – создавать биомедицинские технологии и транслировать (передавать) их в клинику», – рассказывает руководитель лаборатории, профессор СПбГУ, д.м.н. Павел Евгеньевич Мусиенко, хорошо знакомый нашим читателям, интересующимся нейробиологией.
Задачи, которые решают в нейропротезировании, требуют исследователей самого разного профиля. Сейчас, помимо сотрудников СПбГУ, в работе лаборатории принимают участие специалисты Российского научного центра радиологии и хирургических технологий МЗ РФ, Института физиологии им И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербургского НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ, Каролинского института (Швеция), Технического университета Дрездена, Федеральной политехнической школы Лозанны.
В настоящее время лаборатория нейропротезов работает сразу по нескольким направлениям. Одно из важнейших – создание нейроимплантата, который в сочетании с электрохимической стимуляцией и специальными тренировками может в буквальном смысле поставить на ноги парализованного человека. Нейрональные имплантаты пытались делать и раньше, но всякий раз возникала проблема, связанная с тем, что чисто механически имплантаты – это довольно жесткие приспособления, а нервная ткань спинного мозга – очень мягкая, и жесткий имплантат оказывался для нее не очень удобен. «Нам удалось создать мягкие имплантаты с формой и механическими характеристиками, близкими с наружной соединительнотканной оболочкой мозга», – говорит Павел Мусиенко. В опытах на крысах удалось показать, что имплантат можно использовать для того, чтобы постоянно считывать электрокортикальные сигналы коры головного мозга, и для того, чтобы стимулировать электрохимическим способом спинной мозг, что в результате помогает восстановить двигательные функции после тяжелой спинальной травмы. Дальнейшее развитие этого подхода ограничивается рядом факторов, к которым, в первую очередь, относится качество стимулирующих электродов. Электроды эластичных спинномозговых имплантатов, как и электроды традиционных нейрональных имплантатов, выполнены из металлов (платина, золото) и отличаются ограниченной биосовместимостью, что значительно увеличивает риск возникновения воспалений прилегающих к электроду тканей. Требуется исследовать новые подходы получения электродов нейрональных имплантатов на основе материалов, отличающихся более высокой степенью интеграции с нейрональной тканью.
Не все проекты лаборатории напрямую связаны с восстановлением двигательных функций. Нарушение целостности спинного мозга приводит не только к параличу, но и к целому ряду других проблем, например, к нарушениям в работе выделительной системы, когда из-за невозможности полноценного самостоятельного мочеиспускания и из-за задержки мочи в мочевом пузыре возникает повышенное давление и моча забрасывается из мочевого пузыря обратно в почки. В результате начинается воспаление и развивается хроническая почечная недостаточность, которая часто является причиной ранней смерти людей с травмой спинного мозга. «Наши предварительных исследования показали, что локомоторная тренировка в сочетании с электрохимической стимуляцией помогают восстановить не только способность двигаться, но и функции мочевого пузыря. Отсюда следует, что нейронные сети спинного мозга, контролирующие локомоцию и активность мочевого пузыря, могут быть взаимосвязаны. Один из проектов лаборатории нейропротезов посвящен изучению механизмов этой взаимосвязи – информация о ней позволит оптимизировать подходы к нейрореабилитации спинальных больных», – рассказывает Павел Мусиенко.
Еще одно направление работы, поддержанное грантом Президента РФ, посвящено нейромодуляции норадреналиновых рецепторов – действуя на такие рецепторы, можно добиться того, чтобы парализованный смог стоять и ходить. Центры головного мозга контролируют нейронные сети спинного мозга с помощью норадреналина, но при повреждениях спинного мозга управляющие сигналы из головного мозга не доходят до адресата. Ситуацию можно исправить с помощью химических препаратов, которые будут действовать на рецепторы к норадреналину прямо на спинальных нейронах. Кроме химических веществ, нейроны можно стимулировать электрическими импульсами; эффективность метода зависит от алгоритма, совмещающего химические воздействие с электрическим.
Другая перспективная тема лаборатории уводит нас в космос. Давно известно, что длительное пребывание в невесомости сказывается на мышцах. Космонавты здорово теряют в мышечной массе, и, чтобы как-то компенсировать эти потери, по мере возможности подвергают себя физическим нагрузкам, даже находясь на орбите. А что происходит с нервной системой, которая иннервирует стремительно тающую в космосе мышечную массу? Хороший вопрос. Поэтому пока одни исследователи разрабатывают топливо и двигатели для межпланетных полетов, другие изучают, как меняются механизмы нейрорегуляции скелетных мышц в условиях микрогравитации (то есть примерно в таких условиях, как на Международной космической станции).
Это лишь часть проектов лаборатории нейропротезов. Но какими бы полезными и важными они ни были, для того, чтобы они вошли в повседневную жизнь, требуется много усилий и заинтересованность инвесторов. Любая биомедицинская разработка – дело крайне ответственное и очень дорогостоящее, ведь врач должен быть на 200% уверен в безопасности и эффективности того, что он предлагает пациентам.
Стоит отметить, что и пациенты следят за передовой наукой. После каждой публикации в СМИ и даже после выхода сугубо научных статей в специализированных журналах в лабораторию приходят письма от тех, кому нужна помощь, и от их родных. Люди описывают свои болезни, спрашивают, ищут любые возможности для того, чтобы встать на ноги или хотя бы облегчить свое состояние. И это, конечно, безусловный стимул к тому, чтобы как можно скорее перенести новейшие научные технологии в клиническую практику.
Несколько лет назад родилась идея создать площадку, где могли бы встретиться сразу и пациенты, и врачи, и исследователи из лабораторий, и инвесторы – «НейроПартнер». Со временем «НейроПартнер» должен стать в буквальном смысле поддержкой и опорой для всех, кому пришлось столкнуться с вынужденной неподвижностью – всегда пугающей, но не всегда безнадежной.
А если говорить о более дальних перспективах, то хочется надеяться, что каждый день мы становимся ближе к тому моменту, когда паралич перестанет означать то, что человек больше никогда не сможет двигаться. И отрадно знать, что это прекрасное будущее наступает в том числе и трудами отечественных лабораторий.
