Избирательный подход к патологиям мозга. Механизмы гибели нервных клеток и методы их защиты изучают в Институте биофизики клетки
Фото Ирины Масленниковой
Направленным, селективным, воздействием подавить нежелательную активность головного мозга при эпилепсии, воздействуя на конкретные рецепторы в нужной точке, предотвратить гибель нейронов в первые часы после травмы или при некоторых заболеваниях путём разработки новых методов лечения – такие задачи ставят сотрудники лаборатории внутриклеточной сигнализации Института биофизики клетки РАН Пущинского научного центра биологических исследований РАН. Подробности о своей работе рассказал младший научный сотрудник Артём Косенков, ставший победителем отбора в рамках государственной программы Московской области «Социальная ипотека».
Молодой учёный исследует механизмы гибели нейронов гиппокампа – структуры, расположенной в височных отделах полушарий головного мозга. Она отвечает за множество функций, например кратковременную память. Нейрон-глиальная культура клеток гиппокампа – основная модель в исследованиях Артёма Косенкова и его коллег. В экспериментах учёные с помощью флуоресцентного микроскопа наблюдают за нейронами и астроцитами, окрашенными специфическими красителями.
– Под микроскоп мы помещаем стекло, на котором располагаются образующие сети нейроны и астроциты.
Они постоянно общаются друг с другом за счёт химических и электрических воздействий. Использование комбинации красителей позволяет измерять практически все физиологические показатели клеток – внутриклеточную концентрацию ионов натрия, кальция, калия, pH, митохондриальный и мембранный потенциал. Это можно делать в реальном времени, регистрируя в сотнях клеток до трёх показателей одновременно, – рассказывает Артём.
На фото: идёт эксперимент. Фото Ирины Масленниковой
– К примеру, мы с помощью различных веществ моделируем эпилепсию. После их добавления наблюдается гипервозбуждение нейрональных сетей. Во время эпилепсии в нейронах возникают синхронные высокоамплитудные колебания внутриклеточной концентрации ионов кальция, что характерно для патологической активности. Регистрацию колебаний можно производить с использованием флуоресцентного микроскопа, если предварительно загрузить в клетки флуоресцентный кальциевый зонд (краситель). Соответственно, если вещество подавляет кальциевые колебания, мы изучаем его потенциальный защитный эффект, – поясняет специалист.
В тёмной комнате, у микроскопа, соединённого с компьютером, Артём Косенков показывает этапы эксперимента. На мониторах – сетчатая структура нервной ткани, периодически изображение «моргает».
– «Моргание» как раз и отражает периодические изменения внутриклеточной концентрации ионов кальция. В мозге подобные синхронные кальциевые колебания имеют место при эпилепсии. Клетки загружены флуоресцентным кальциевым красителем, который возбуждается при попадании на него света определенной длины волны и сам в свою очередь испускает свет другой длины волны. Этот испускаемый свет мы и регистрируем специальной высокочувствительной камерой. Важно отметить, что краситель возбуждается только когда связан с ионами кальция, соответственно, чем больше в клетках кальция, тем больше молекул красителя светится и больше испускаемого света попадает на матрицу камеры.
На фото: клетки мозга крысы под микроскопом. Фото Ирины Масленниковой
– Также проводим и другого типа тесты. Можем смоделировать какую-то патологию, а потом посмотреть, сколько клеток выжило, сколько умерло. А затем дать какое-то вещество и проверить, как изменяется соотношение живых и мёртвых клеток. То есть смотрим, насколько оно способно защищать клетки от гибели после какой-то патологии.
Артём Косенков, младший научный сотрудник ИБК РАН:
– На конкурс по «Социальной ипотеке» я подавал комплекс работ, связанных с изучением гипервозбуждения нейрональных сетей. Это состояние, которое возникает при различных заболеваниях – эпилепсии, печёночной энцефалопатии, ишемии, травматических повреждениях. Мы обнаружили особый тип нейронов, который можно селективно, то есть избирательно, активировать. Данные нейроны являются тормозными, и их активация приводит к подавлению гипервозбуждения. До этого о такой популяции никто не знал. Мы предполагаем, что использование определённых веществ, которые селективно активируют эту группу нейронов непосредственно в мозге, будет подавлять это гипервозбуждение при различных патологиях, и тем самым предотвращать гибель в результате чрезмерной активности нейронов.
Фото Ирины Масленниковой
Несмотря на то, что многие из изучаемых болезней хорошо известны, существуют тонкости в механизмах их возникновения, отмечает специалист. Кроме того, актуальна разработка лекарственных средств, имеющих избирательную активность на конкретные участки мозга. Так, например, некоторые противоэпилептические препараты, принимаемые пациентом, могут либо воздействовать на рецепторы или ионные каналы, находящиеся во всех нейронах мозга, либо даже влиять на другие возбудимые клетки, к примеру, сердечные. Задача учёных – подобрать вещества, действующие на определённый тип рецепторов и активирующие конкретную популяцию нервных клеток. Это позволит подавить чрезмерное возбуждение, которое наблюдается в сети при разных патологиях, и минимизировать побочное действие препаратов.
Стоит учесть, что научные сотрудники занимаются именно фундаментальными исследованиями, предлагают новые принципы и подходы к воздействию на нервные клетки. На данный момент эффективность селективного подхода показана на клеточных культурах. Для введения в практику требуются дополнительные исследования различных структур. Сейчас в планах у пущинских учёных в сотрудничестве с коллегами из других организаций провести подбор веществ, которые в перспективе могут оказывать эффективное влияние на снижение патологического гипервозбуждения и гибель клеток мозга.
– В ближайшие два года мы планируем разработать прототип препарата, способного защищать от гибели клетки мозга при травматическом повреждении. При черепно-мозговой травме, в первые 12 часов, происходит массовая гибель нейронов, и в настоящий момент в клинической практике отсутствуют препараты, способные защищать клетки мозга в этот период. Мы занимаемся исследованиями в этом направлении и в течение двух лет планируем сделать прототип, чтобы на его основе можно было разработать лекарственное средство, проводить дальнейшие клинические испытания и затем уже вводить его в практику.
Однако ни для кого не секрет, что научные исследования требуют и времени, и оборудования. Кроме того, необходима поддержка самих исследователей, ведь путь в науку не бывает быстрым. Так, Артём Косенков начал заниматься изучением клеток головного мозга более шести лет назад, после окончания Московской Ветеринарной академии им. К.И. Скрябина. О городе Пущино узнал благодаря лекциям Симона Эльевича Шноля – заинтересовался ими, а затем и самим городом. К счастью оказалось, что декан факультета, который заканчивал Артём, знал не только как добраться до наукограда, но и то, как попасть в лаборатории и уже направлял сюда будущих магистрантов и аспирантов. Так, в результате знакомства с городом, будущий молодой учёный попал в лабораторию внутриклеточной сигнализации ИБК РАН.
– Заведующий, Валерий Петрович Зинченко, рассказал мне много интересных вещей про кальций, про нейроны, и я у него и остался. Поступил в магистратуру ПущГЕНИ, затем в аспирантуту РАН, и всё это время проработал в одной лаборатории. Мы начинали с моделирования патологий, в первую очередь печёночной энцефалопатии. Это состояние, когда отказывает печень, повышается количество аммиака, в том числе в мозге. От этого клеткам становится плохо, и они погибают. Мы на клеточном уровне моделировали это добавлением аммония в клетки, изучали механизм их гибели и на основе этого пытались предложить какие-то пути по её предотвращению. Потом начали заниматься различными патологиями, включая эпилепсию, травматические повреждения мозга. На клеточном уровне изучали механизмы, на их основе предлагали подходы и уже конкретные мишени для разработки препаратов.
– Кому-то нравится, кому-то нет то, что по условиям программы «Социальная ипотека» обязательно длительное трудоустройство, но я, например, только рад тому, что у меня будет контракт с институтом на 10 лет. Это даёт ощущение стабильности. «Соципотека» нам с женой очень пригодится. Варианты покупки жилья мы уже присматриваем, – рассказывает Артём Косенков. Кстати, супруга молодого учёного тоже выпускница ПущГЕНИ, сейчас работает в независимой исследовательской лаборатории.
– Программа замечательная, потому что это шикарная возможность получить квартиру с минимальными вложениями. Сбор документов не вызывает серьёзных проблем, потому что в настоящий момент в институте у нас очень многие ей воспользовалось, могут подсказать какие-то тонкости. Подготовить заявку было довольно-таки просто, подать тоже просто, ну и получить соципотеку уже очень приятно! – улыбается Артём.
На фото: Артёму Косенкову вручили свидетельство на получение социальной ипотеки
А параллельно с хлопотами по приобретению жилья молодой специалист готовит ещё один пакет документов, впереди – защита кандидатской диссертации!
