Архив   Авторы  
«Прозрачный» мозг в лучах лазера раскроет ученым свои секреты

Мысли напоказ
Общество и наукаТехнология

Отечественные нейробиологи смогли поверить алгеброй гармонию — измерить мысль с точностью до клетки и молекулы





 

У ученых нет сомнений: XXI сто­летие наверняка пройдет под эгидой нейронаук. Открытия в этой сфере уже «выстрелили». Девяностые годы прошлого века в США и Европе недаром были объявлены «десятилетием мозга». Интерес к этой области объясним. Например, за последние 30—40 лет смертность при тяжелой нейротравме удалось снизить с 70—80 процентов до 25—30 — во многом благодаря быстрому внедрению в медицине открытий в области нейробиологии. На прошедшей недавно в Москве международной междисциплинарной конференции, посвященной восстановлению мозга после травмы, много говорилось о фундаментальных исследованиях, связанных с визуализацией процессов, происходящих в его клетках. «Сегодня мы можем увидеть мозг по-новому, и он окончательно перестал быть черным ящиком»,— уверен Александр Потапов, один из организаторов конференции и заместитель директора Института нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко РАМН.

Штучная работа

Увидеть, чтобы понять, — так сформулировали для себя задачу исследователи, которые сейчас учатся «измерять» процессы, происходящие в мозге, с точностью до клетки, до молекулы. «Совсем недавно это нельзя было увидеть или следовало собрать сотни срезов для трехмерной реконструкции. Мозг, «составленный» из таких срезов, представлял собой произведение искусства, и это не было рутинной работой», — говорит руководитель отдела системогенеза НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина, член-корреспондент РАН и РАМН Константин Анохин. Сейчас все меняется. Совсем скоро разработки ученых позволят многим заглянуть в святая святых. Приятно, что среди «застрельщиков», сумевших увидеть невидимое и познать непознанное, наши соотечественники.

Григорий Ениколопов уже 20 лет работает в США, в лаборатории Cold Spring Harbor. Он один из организаторов междисциплинарной группы исследователей, впервые разработавших надежный способ обнаружения у человека стволовых клеток мозга, которые могут развиться в настоящие нейроны. Ученые использовали для этого перспективный и безопасный метод магнитно-резонансной спектроскопии, который позволяет улавливать сигналы, идущие от разных видов клеток, и сравнивать их. До сих пор, изучая стволовые клетки мозга, исследователи работали только с лабораторными животными — с помощью позитронно-эмиссионной томографии они находили клетки, заранее помеченные радиоактивными агентами или магнитными наночастицами. Понятно, что ввести те же вещества человеку не решился бы никто. Новый метод потребовал более «штучного» и тонкого подхода. И ученые вновь начали с животных — они получили специальные линии лабораторных мышей, у которых стволовые клетки были помечены флюоресцентными белками. Затем исследователи решили сравнить ткани мозга мышиного эмбриона, где стволовых клеток должно быть много, с мозговыми клетками взрослой мыши. Постепенно «нащупали» характерный сигнал – особый «пик» в спектре, говорящий о присутствии стволовых клеток. Высота пика соответствует количеству клеток: чем больше их в ткани, тем длиннее его столбик. Ученые даже определили область мозга мыши, где стволовые клетки появлялись в большом количестве и регулярно, — гиппокамп.

Чтобы убедиться в том, что метод действительно работает, а также надежно отделить маркеры стволовых клеток от других сигналов мозга, исследователи пошли на трансплантацию — они пересадили нейрональные стволовые клетки в ту область мозга мыши, где их обычно нет. Особые магнитно-резонансные «пики» проявились и здесь. Только после долгих экспериментов с мышами ученые опробовали действие метода на добровольцах — здоровых людях. Как показали результаты магнитно-резонансной спектроскопии, их гиппокамп тоже исправно выделял стволовые клетки. Конечно, с возрастом таких клеток становится все меньше — это выявили сравнительные исследования взрослых, детей и подростков. Стало ясно, что стволовые клетки мозга существуют на протяжении всей жизни человека и со временем могут превратиться в нейроны, а значит, расхожую фразу «нервные клетки не восстанавливаются» придется пересмотреть.

Почему они восстанавливаются, пока точно неизвестно. «Мы не можем ответить, зачем возникают новые нейроны, — говорит Григорий Ениколопов.  — Сейчас невозможно указать на конкретную область мозга и сказать, что стволовые клетки работают и продуцируют в ней новые нейроны для таких-то целей». Впрочем, предположения высказываются самые разные. Например, исследователи из группы Ениколопова уже изучили действие на мозг человека некоторых антидепрессантов и пришли к поразительному выводу. Оказалось, что лекарство может стимулировать развитие стволовых клеток, которые затем превращаются в новые нейроны, — возможно, поэтому состояние и настроение человека улучшаются. Кстати, для того чтобы стволовые клетки «переродились» в нейроны, нужно приблизительно 20—30 дней. «И антидепрессанты начинают действовать не сразу, а только через 3—4 недели: факт, который до сих пор никто не мог объяснить», — говорит Григорий Ениколопов. Нет сомнений: открытие ученых приведет к появлению новых «мишеней» для современных лекарств. И, возможно, послужит основой для новых видов лечения таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

Прозрачный мозг

Впрочем, российские ученые пошли дальше. Клетка — еще не самый маленький элемент мозга. Например, увидев в нем распределение отдельных молекул, можно судить о происходящих сложных процессах. Метод, позволяющий это сделать, был создан в группе российского нейробиолога Константина Анохина. С помощью особой обработки (это ноу-хау группы) ученые могут сделать мозг животного, структуры которого остаются неповрежденными, прозрачным, как стекло. «До сих пор лучшим результатом была возможность посмотреть в глубь ткани на полмиллиметра, максимум на миллиметр, — говорит Константин Анохин. — А ведь мозг — крайне разнообразная структура, поэтому очень важно иметь представления о том, что происходит в любом из отделов. Мы можем сделать ткань прозрачной на глубину 20 миллиметров. Это размер мозга лабораторной мыши».

«Картинка» прозрачного мозга позволит понять, как новые транквилизаторы, нейролептики, вещества, влияющие на память, способны изменить протекающие в нем молекулярные процессы. Теперь исследователи смогут проследить механизмы их воздействия на разные молекулы-мишени и даже предсказать последствия. «Это уже не магнитно-резонансная спектрограмма, недостаток которой в том, что с ее помощью невозможно оценить все разнообразие молекул, работающих в мозге, в числе которых 80 процентов генов нашего генома, — говорит Константин Анохин. — Теперь же у нас есть возможность увидеть практически во всем мозге любые молекулы».

Конечно, ученые не будут рассматривать мозг невооруженным глазом. Прозрачное полушарие, похожее на хрустальную безделушку, помещают под микроскоп в специальный плоский луч лазера, и он свободно проходит сквозь ткани мозга. Если с помощью генной инженерии «пришить» к определенной молекуле, попавшей в эти ткани, флюоресцентный маркерный белок, она обязательно засветится, допустим, зеленым цветом. Так можно «поймать» в мозге практически любое вещество.

С новой методикой нейробиологи собираются работать следующим образом. В принципе можно использовать флюоресцентные антитела к разным белкам, чтобы исследовать весь репертуар молекул мозга. Но этот путь очень трудоемок. Есть другой вариант. «Существуют особые линии лабораторных животных со специальной молекулой — маркером интересующего нас процесса, — говорит Константин Анохин. — Например, есть маркеры пластичности нервных клеток — их можно использовать при обучении, при травме мозга, вызывающей нарушения памяти». Линии лабораторных мышей с маркером пластичности нервных клеток уже выведены в США, и сейчас российские ученые ждут одну из этих линий, чтобы начать работу.

«Есть особая линия мышей: у них флюоресцентный белок находится под регуляцией гена, который большую часть времени молчит, но индуцируется в нервных клетках процессами, ведущими к запоминанию, к пластичности, — рассказывает Константин Анохин. — Если вы берете животных из контрольной группы, которые просто сидели в домашней клетке и с ними ничего не происходило, то особый ген не работает, молчит. Значит, кодируемый белок не вырабатывается. Если мозг такой мыши поместить в лучи лазера, свечения не будет». Другое дело — животное «с биографией», попавшее в новую обстановку, например, увидевшее страшную кошку… В клетках мозга, задействованных в этом процессе, заработает особый ген, экспрессирующий флюоресцентный белок, который засветится в лучах лазера. «Мы проводим следующий эксперимент, — говорит Константин Анохин. — Задаем задачу, которая вызывает некую ответную реакцию у животного, но она очень слабая, кратковременная. Клетки активируются, но в большинстве из них этот сигнал не доходит до ядра и не остается в долговременной памяти. Животное через полчаса еще помнит об этом эпизоде, а через два-три часа забывает его. Есть другие вариации: память, которая была нормальной, но почему-то нарушена. Мы вводим вещество, которое, как мы думаем, улучшает способность к запоминанию. И просто смотрим – светится ли флюоресцентный белок. Если светится, то можем увидеть, какие структуры мозга задействованы в процессе запоминания».

Пока на практике новый метод не пытался применять никто, лишь единственная статья в журнале Nature год назад продемонстрировала принципиальную возможность такого метода оптической томографии. Сейчас только наши ученые пытаются решить с его помощью ряд задач в области фундаментальной биологии и фармакологии.

Впрочем, в ближайшем будущем этот подход наверняка будет растиражирован — в рамках проекта Министерства образования и науки группа Анохина совместно с коллегами из Института прикладной физики РАН занимается разработкой новых методов оптической томографии. Исследователи работают и с молекулярными биологами из Института биохимии им. А. Н. Баха РАН, ищущими и создающими особые флюоресцентные белки. Получится маленькая, но очень мощная лаборатория, с помощью которой можно увидеть, как на картинке, все процессы, происходящие в мозге. И, как обещают нейробиологи, это произойдет совсем скоро. Так что медикам и фармакологам, которые с нетерпением ожидают результатов их работы, ждать осталось недолго.

Добавить в:  Memori  |  BobrDobr  |  Mister Wong  |  MoeMesto  |  Del.Icio.Us  |  Google Bookmarks  |  News2.ru  |  NewsLand.ru

Политика и экономика

Что почем
Те, которые...

Общество и наука

Телеграф
Культурно выражаясь
Междометия
Спецпроект

Дело

Бизнес-климат
Загранштучки

Автомобили

Новости
Честно говоря

Искусство и культура

Спорт

Парадокс

Анекдоты читателей

Анекдоты читателей
Популярное в рубрике
Яндекс цитирования NOMOBILE.RU Семь Дней НТВ+ НТВ НТВ-Кино City-FM

Copyright © Журнал "Итоги"
Эл. почта: itogi@7days.ru

Редакция не имеет возможности вступать в переписку, а также рецензировать и возвращать не заказанные ею рукописи и иллюстрации. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. При перепечатке материалов и использовании их в любой форме, в том числе и в электронных СМИ, а также в Интернете, ссылка на "Итоги" обязательна.

Согласно ФЗ от 29.12.2010 №436-ФЗ сайт ITOGI.RU относится к категории информационной продукции для детей, достигших возраста шестнадцати лет.

Партнер Рамблера