TechFusion.ruЗдоровьеДайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #11

Дайджест достижений биотехнологии и генной инженерии #11

Дайджест биотехнологии и генной инженерии

Мы регулярно рассказываем о последних открытиях и интересных достижениях в мировых и российских технологиях, связанных с работой человеческого организма. Это могут быть как классические биотехнологии — медицинские  открытия, генная инженерия и работа с биоматериалами, — так и технологические новинки, расширяющие возможности для восприятия окружающего мира и человеческого тела

В новом выпуске: мозг из пробирки, анализ на депрессию, электростимуляция вместо таблеток, йога для мозга и медикаменты для тех, кто утратил зрение

Мозг из пробирки

Изучать заболевания мозга непросто: мозг — сложнейшая структура, и никакой аппарат МРТ не покажет всех процессов, происходящих в нем. Многие болезни головного мозга приходится изучать посмертно, используя донорские органы погибших людей. Но это все равно не очень точный метод, ведь наиболее аккуратно мозговые процессы можно проследить только в живом органе. А некоторые нарушения можно отследить только в процессе эмбрионального развития.

Ученые придумали, как обмануть систему. Они будут выращивать мини-мозг из стволовых клеток в пробирке.

С тех пор, как японец Синья Яманака открыл способ перепрограммировать клетки кожи в стволовые, перед наукой открылись новые захватывающие перспективы. Ученые решили, что теперь смогут выращивать органы из стволовых клеток. Полноценные органы для трансплантации вырастить сложно, и наука пока не дошла до этого, а вот делать мини-органы для исследований — уже научились.

Мини-мозг в пробирке смогли вырастить в Боннском университете. Для исследования ученые взяли редкое генетическое заболевание — синдром лиссэнцефалии Миллера-Дикера, при котором происходит сглаживание мозговых извилин. Они взяли клетки кожи у больных с этим синдромом и вырастили из них миниатюрные копии головного мозга.

Когда органелла — тот самый мини-мозг — растет в пробирке из стволовых клеток, он развивается так же, как настоящий мозг эмбриона в утробе матери. Таким образом, ученые могут проследить весь процесс развития мозга и понять — в какой момент что-то пошло не так? В случае с синдромом Миллера-Дикера исследователи заметили, что стволовые клетки начинают слишком рано дифференцироваться и превращаться в нервные клетки — это и приводит к нарушению развития мозга.

«Этот метод открывает нам совершенно новые возможности в исследовании различных нарушений развития мозга», — говорит руководитель рабочей группы Боннского университета Джулия Лейдвиг. Пока такие работы носят скорее теоретический характер, помогая ученым лучше разобраться в принципах развития мозга. Но, возможно, в долгосрочной перспективе результатом исследований станет появление новых лекарств от неврологических расстройств.

Анализ на депрессию

Точнее, на антидепрессант, который поможет от нее, придумали врачи в Северо-Западном медицинском центре США.

Лечение депрессии до сих пор было чем-то вроде лотереи. Пациент полагался на опыт врача-психиатра, который прописывал антидепрессант, опираясь на симптомы, — и надеялся, что лекарство поможет. Не было точных процедур, которые помогли бы определить, какой антидепрессант лучше подходит именно этому пациенту.

В связи с этим антидепрессанты, назначенные больному депрессией, часто не помогают — примерно в трети случаев. Люди разочаровываются в таблетках и бросают терапию, боятся пробовать другие лекарства и в итоге годами живут со своей болезнью.

Все это может измениться благодаря новому анализу, который поможет подобрать правильный антидепрессант. Точнее, анализ этот не новый — он давно используется в медицинской практике, но доктор Мадхукар Триведи из Северо-Западного медицинского центра предлагает использовать его по-новому.

Речь идет об анализе крови на С-реактивный белок. Этот белок типично считается маркером воспалительного процесса в организме. Доктор Триведи в своих исследованиях показал, что С-реактивный белок в меньших концентрациях, чем при воспалении, может также быть маркером депрессии. И в зависимости от уровня этого белка могут быть эффективны разные протоколы лечения антидепрессантами.

Следующий шаг для ученых — провести более масштабные исследования и изучить большее число различных антидепрессантов в связи с С-реактивным белком (в первом исследовании изучали только два вида антидепрессантов — эсциталопрам и бупропион).

Для пациентов с депрессией это хорошая новость. Возможно, скоро можно будет сдать анализ крови и не только подтвердить, что у вас действительно есть депрессия, но и получить максимально подходящий препарат для ее лечения.

Электростимуляция мозга от боли и депрессии

Кстати, таблетки — не единственный способ лечения депрессии и прочих психических расстройств. Ученые уже давно присматриваются к методу транскраниальной электрической стимуляции (tDCS) — это стимуляция коры головного мозга при помощи коротких электрических импульсов.

Аппарат для tDCS — это пара электродов и прибор для управления, с помощью которого можно регулировать силу воздействия. В зависимости от того, к какой области приложить электроды, эффект будет различаться: например, стимуляция височной доли ускорит обучение, а стимуляция дорсолатеральной префронтальной коры улучшит настроение и поможет в борьбе с депрессией.

Насколько это эффективно? Недавно группа европейских экспертов проанализировала множество исследований, посвященных транскраниальной электростимуляции. В этих исследованиях изучалась эффективность tDCS против депрессии, шизофрении, зависимостей, болевого синдрома, болезни Альцгеймера, последствий инсульта и других расстройств.

Анализ показал, что транскраниальная стимуляция, вероятнее всего, эффективна в борьбе с депрессией, зависимостями и фибромиалгией (болевым синдромом). Для других расстройств доказательств эффективности недостаточно. К сожалению, для тех форм депрессии, которая не поддается лечению таблетками, tDCS тоже оказалась неэффективной.

Так что транскраниальную стимуляцию можно считать альтернативой антидепрессантам, если принимать лекарства по каким-то причинам пациент не хочет или не может.

«Технологию tDCS широко применяют в Европе и Америке в борьбе с депрессией. Поскольку технология не фармакологическая, ее часто прописывают при депрессии у беременных», — говорит сооснователь компании Brainstorm Technologies, производящей нейростимуляторы, Тимофей Глинин.

Транскраниальная стимуляция проводится курсами по 7-10 дней подряд, после чего обычно наблюдается довольно длительный эффект. Положительное отличие технологии tDCS от лечения таблетками заключается в том, что транскраниальная стимуляция действует не на отдельные рецепторы, а на целые зоны мозга. Электрическая стимуляция временно активизирует нужные зоны, и нейроны имеют возможность перестроить свою работу — за счет этого состояние человека улучшается.

Пройти терапию tDCS можно не только в медицинских учреждениях — аппараты для транскраниальной стимуляции уже вышли на широкий рынок и доступны для домашнего использования.

Пранаяма для мозга

В йоге и других восточных практиках пранаямой называют управление жизненной энергией при помощи специальных дыхательных упражнений. Дыхание действительно во многом определяет наше самочувствие. Например, при стрессе дыхание учащается, и нам советуют сделать 10 глубоких вдохов и выдохов, чтобы успокоиться. А при панических атаках многие начинают «дышать в пакет». Что скажет наука на тему того, как связаны дыхание и стресс?

Ученые посчитали, что если стрессовая реакция активирует дыхательные центры в мозге, заставляя нас чаще дышать, то можно попробовать «перевернуть» этот процесс. Они решили убрать из мозга подопытных мышей группу нейронов, ответственных за учащенное нервное дыхание, и посмотреть, сделает ли это грызунов спокойнее.

Оказалось, что сделает. Ученые идентифицировали и удалили только часть нейронов, которые «переключают» ритмы дыхания с режима «покой» в режим «возбуждение». После этого дыхание мышей в целом не нарушилось, зато они стали гораздо чаще дышать медленно и спокойно. И в целом их поведение стало более спокойным. Правда, в качестве побочного эффекта мыши стали и менее активными: периоды повышенной мозговой активности стали короче, грызуны стали меньше исследовать новые территории, предпочитая заниматься своей шерсткой.

Мы, конечно, не предлагаем людям отключать у себя «стрессовые нейроны» дыхательного центра, даже если наука сделает это возможным. Кто знает, к каким побочным эффектам это приведет: может мы, как и подопытные мыши, захотим обосноваться на диване и заниматься только своей шерсткой. Но ясно одно: смена дыхательных ритмов на более спокойные действительно помогает бороться со стрессом.

Беспокоитесь о чем-то? Паника? Дедлайн? Вдохните поглубже.

Таблетки для искусственных глаз

Врачи придумали уже много способов вернуть пациентам потерянные сенсорные функции. Например, при потере слуха людям предлагают кохлеарные импланты, а при слепоте — протезирование сетчатки. Но насколько хорошо новые органы приживутся в организме, предсказать не может никто. Для восстановления утраченных функций обычно нужен долгий период реабилитации, в процессе которого (возможно) удастся построить новые нейронные связи между имплантированным органом и мозгом.

Ученые ищут пути ускорить реабилитацию. Один из способов — медикаментозное лечение. Это подтверждает эксперимент на головастиках.

Некоторое время назад эмбрионы лягушек обнаружили удивительную способность: когда ученые пересадили зачатки природных глаз им на хвост, часть головастиков все равно остались зрячими. Операция привела к образованию у них эктопических глаз, нервные волокна которых протянулись к спинному мозгу. То есть организм лягушек смог компенсировать потерю основного зрительного инструмента и построить новые нейронные связи.

На этот раз ученые решили детальнее изучить процесс и попробовать его ускорить и усовершенствовать. Они опять пересадили глаза на хвост, но части головастиков давали золмитриптан. Этот препарат активирует некоторые серотониновые рецепторы, которые связывают с развитием нейронных связей. Золмитриптан используется и у людей — его употребляют для купирования приступов мигрени.

У головастиков золмитриптан ускорил процесс восстановления связи между новыми глазами и мозгом. Ученые провели цветовой тест, чтобы подтвердить это. Они сделали так, чтобы головастикам было более комфортно в зоне, подсвеченной синим цветом, а в красной зоне им создавали неблагоприятные условия. Из зрячих головастиков 76% прошли тест, правильно выбирая синюю зону. Среди полностью слепых головастиков тест прошли только 3% (вероятно, по случайности), из тех, кому просто пересадили глаза на хвост и не давали дополнительного лечения — 11%. А вот головастики, которым давали золмитриптан, в 29% случаев правильно выбирали цветовую зону.

Исследователи надеются, что употребление медикаментов (в том числе золмитриптана) поможет людям, которые прошли через операции по восстановлению слуха, зрения и т.д., быстрее восстановить утраченные функции.

Фото на обложке: Pixabay.com