Мозговой штурм

В уходящем году наиболее удачливыми и продуктивными из ученых-медиков оказались, пожалуй, исследователи мозга. Им удалось визуализировать некоторые ключевые процессы в нервной системе, отыскать мозговые "хранилища" тех или иных мыслительных функций, описать ряд биохимических взаимодействий в ЦНС и совершить еще несколько любопытных открытий.

Ученым из Университета Калифорнии в Дэвисе удалось снять на видео формирование синапсов – связей между нервными клетками, за счет которых они объединяются в сети, обеспечивающие функционирование нервной системы. Пометив флюоресцентными веществами ключевые белки процесса – нейролигин, мембранную гуанилаткиназу PSD-95 и глутаматный NMDA-рецептор – в изолированных крысиных нейронах, ученые пронаблюдали, как "встретившиеся" отростки клеток скрепляются нейролигином, а затем в формирующийся синапс встраиваются NMDA-рецепторы и связывающаяся с ними PSD-95.

Помимо визуализации формирования синапса, полученная запись продемонстрировала ключевое значение в этом процессе белка нейролигина, обмен которого, как показали предыдущие исследования, нарушен при некоторых психических расстройствах, например аутизме.

Наблюдая за перемещением другого типа глутаматных рецепторов – AMPA – исследователи из американского Университета Джонса Хопкинса смогли увидеть процесс формирования воспоминаний. Дело в том, что возникновение долгосрочных связей между нейронами, за счет которого хранятся воспоминания, подразумевает движение AMPA-рецепторов к местам связей и от них.

Для визуализации возникновения нейрональных связей ученым пришлось "обесцветить" молекулы клеток лазером, чтобы наблюдать свечение только помеченных флюоресцентным маркером AMPA-рецепторов, а также сконструировать специальный микроскоп. В процессе наблюдения выяснилось, что перемещение рецепторов происходит при помощи белка 4.1N, без которого, как было известно, долговременная память не формируется.

Разработанная методика визуализации будет применяться для изучения механизмов нарушения памяти при болезни Альцгеймера и других видах деменции.

Начало очередной антиалкогольной кампании в России совпало по времени с открытием ученых из калифорнийского Института Салка, уточнивших молекулярный механизм действия этилового спирта на мозг. Воспользовавшись методикой рентгеновской кристаллографии, исследователи обнаружили участок калиевого канала GIRK, присутствующего в мембранах различных типов нервных клеток, с которым связывается молекула спирта.

Такое связывание способствует открытию каналов и выходу из нейронов ионов калия, что подавляет активность клеток и вызывает торможение в соответствующих системах мозга. Наиболее значимо действие спирта на каналы GIRK, связанные с рецепторами типа B к тормозному медиатору ГАМК (гамма-аминомасляной кислоте) в отделах мозга, ответственных за формирование памяти, принятие решений и импульсивное поведение, а также за судорожную активность.

Таким образом, обнаруженный исследователями участок связывания спирта представляет собой потенциальную мишень для принципиально новых лекарств от алкогольной зависимости и эпилепсии.

Свой вклад в изучение наркотической зависимости и поиск препаратов для ее лечения сделали и ученые из Университета Бригхама Янга в американском штате Юта с коллегами из канадского Университета Торонто. Они обнаружили, что изменения в работе системы награды мозга, обусловливающие развитие зависимости от препаратов, связаны с изменением обмена белка BDNF (brain-derived neurotrophic factor, нейротрофический фактор мозга) в этой системе.

Исследователи доказали это, вводя BDNF в систему награды мозга крыс, никогда не пробовавших наркотики. После таких инъекций животные стали вести себя как настоящие героиновые наркоманы: покидали комфортные условия как бы в поисках "дозы". Соответственно, вещества, способные блокировать действие BDNF в соответствующем отделе мозга, могут оказаться универсальным лекарством от наркотической зависимости.

Другая группа ученых их Университета Торонто сконцентрировала внимание на изучении неврологических лечебных методик и показала, что глубокая электростимуляция мозга может вдвое ускорить "рождение" новых нервных клеток. Это открывает путь к разработке восстановительного лечения после повреждения нервной ткани. Правда, пока эксперименты проводились только на лабораторных животных.

Практическая польза

Несколько новых открытий в области неврологии содержат ценные практические советы, в первую очередь для родителей.

Так, совместная группа шведских и турецких ученых показала, что разрушение клеток мозга у боксеров продолжается не менее двух месяцев после тренировок, что дает пищу для размышлений любителям этого вида спорта, записывающим ребенка в секцию. А исследование сотрудников американского Университета Эмори может порадовать родителей тех детей, которые любят лазить по крышам и вставлять неподходящие предметы в розетку – оказалось, что склонность к рискованному поведению свидетельствует о высокой организации и зрелости белого вещества головного мозга.

Результаты работы, проведенной в канадском Университете Альберты, подтверждают, что разделение людей на "жаворонков" и "сов" имеет серьезное физиологическое обоснование: стимуляция мозга добровольцев под контролем МРТ показала, что возбудимость мозга "жаворонков" максимальна в 9:00, а затем постепенно снижается в течение дня. Мозг "сов", напротив, наиболее возбудим в 21:00. Эти данные следовало бы учитывать при организации учебного и производственного процессов.

Группа исследователей из Великобритании, США и Канады получила данные, на основании которых может быть создан ценный подарок для студентов. Ученые обнаружили, что расстройства запоминания, возникающие при недостатке сна, можно предотвратить, блокируя в нейронах фермент фосфодиэстеразу 4 типа (PDE4). Повышенная при недосыпе активность этого фермента снижает концентрацию важного регулятора многих внутри- и межклеточных взаимодействий – циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), что и приводит к нарушениям памяти. Дело осталось лишь за разработкой безопасного и эффективного блокатора PDE4.

Вирусы и гены

Успехов в применении методик визуализации с использованием флуоресцентных маркеров в уходящем году достигли не только неврологи. Вирусологам из Медицинской школы Маунт-Синай в Нью-Йорке удалось записать на видео передачу вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) от зараженной клетки к здоровой. Наблюдая за поведением флуоресцирующего вируса с помощью высокоскоростной трехмерной электронной микроскопии, ученые обнаружили, что его передача осуществляется путем формирования межклеточного соединения – "вирусного синапса". По нему вирусы со скоростью 12 микрометров в секунду внедряются в здоровый лимфоцит, поражая его.

Спустя 26 лет после открытия ВИЧ появилось первое сообщение о небольшом, но успехе испытаний профилактической вакцины против вируса. Как показал эксперимент, проведенный на 16 402 добровольцах из Таиланда, сочетанное применение двух вакцин, оказавшихся по отдельности неэффективными, снижало риск заражения вирусом на 31,2 процента. Вскоре после этого с критикой полученных данных выступили независимые эксперты – по их мнению, дизайн испытаний не позволяет расценивать результаты как статистически достоверные.

Более многообещающими стали пилотные испытания двух новых методик лечения ВИЧ-инфекции с помощью генной терапии.

Исследователи из Детского госпиталя Филадельфии вводили в мышцы макак безвредный вирус, "нагруженный" генами синтетических антител к вирусу иммунодефицита обезьян, близкого по структуре и свойствам к ВИЧ. Эти гены встраивались в ДНК мышечных клеток, которые на их матрице начинали продуцировать антитела, связывающие вирус.

В течение 85 недель эксперимента у получивших инъекции зараженных животных не возникло никаких проявлений заболевания. За тот же период скончались четыре из шести животных, зараженных вирусом иммунодефицита без предварительного введения экспериментального препарата.

В ходе другого исследования ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе ввели 74 добровольцам клетки-предшественницы лимфоцитов со встроенным геном рибозима OZ1. Эта молекула блокирует размножение ВИЧ при его попадании в клетку.

К 100-й неделе эксперимента у получивших лечение участников началось снижение вирусной нагрузки и увеличение числа Т-лимфоцитов-хелперов – клеток, которые являются главной мишенью вируса. Однако говорить о полном успехе испытаний пока рано – анализ крови добровольцев показал, что со временем уровень генетически модифицированных клеток существенно снизился.

Определенные успехи генной терапии в 2009 году были также достигнуты при лечении паркинсонизма, ожирения, поражений сетчатки глаза и некоторых наследственных заболеваний. Это позволяет надеяться на то, что в скором времени этот перспективный вид терапии выйдет из стадии эксперимента в самых разных областях медицины.

Особого упоминания заслуживает разработка канадских ученых, которые применили генную терапию для восстановления донорских легких, непригодных для пересадки. Заняться этим их заставил дефицит этих органов – они могут быть изъяты для трансплантации лишь у 15 процентов посмертных доноров. В остальных случаях дыхательные пути и альвеолы повреждаются в ходе реанимационных мероприятий или в результате воспалительных реакций, вызванных смертью мозга.

Исследователи из Университета Торонто ввели с помощью обезвреженного аденовируса в поврежденный орган ген интерлейкина-10 медиатора иммунной системы, который подавляет воспалительные реакции в легких. При этом органы помещали в специально сконструированный инкубатор, где при температуре тела через них пропускается раствор кислорода и питательных веществ.

Через некоторое время легкие восстановили свою газообменную функцию (поглощение кислорода и выведение углекислого газа), а вызванная воспалением повышенная проницаемость легочной ткани для жидкостей была устранена. Если восстановленные легкие окажутся в состоянии длительно работать в организме реципиента, новая методика поможет пациентам быстрее получить новые органы.

Наука об антинаучности

Бывает и так, что огромные средства, выделенные на исследование, тратятся лишь на то, чтобы подтвердить неэффективность опытной терапии или антинаучность изучаемого подхода. В уходящем году Национальный центр нетрадиционной медицины (National Center for Complementary and Alternative Medicine, NCCAM), созданный Конгрессом США, огласил результаты десятилетних исследований альтернативных методов лечения. Изучение эффективности акупрессуры, энергетических полей, мозговых волн, магнитов, БАДов и многих других методик, потребовавшее суммарных ассигнований в размере 2,5 миллиарда долларов, выявило полную несостоятельность большинства подобных способов воздействия на организм.

Это в очередной раз подтвердило, что вместо траты немалых денег на "чудесное исцеление" лучше доверять результатам научных исследований и полагаться на официальную медицину.