Этот материал в День российской науки открывает цикл о лабораториях, исследованиях, разработках и проектах региональных вузов из списка «Приоритет 2030».
Ночные исследования
Изучением поведения мозга во время сна занимается лаборатория «Умный сон» Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского. Ее работа нацелена на исследования в области нейрорегенеративной медицины и создание «умных девайсов». Члены научной группы изучают реабилитационные возможности особых лимфососудов мозга.
Развивая и, по сути, переоткрывая идеи двухсотлетней давности итальянского анатома Паоло Масканьи о лимфатической системе оболочек мозга, современные исследователи учатся использовать возможности «сосудов-невидимок». Семь лет назад американские ученые успешно повторили эксперимент итальянца. Стало понятно, что мозг способен включать иммунную защиту и регулировать вывод токсинов и метаболитов, то есть продуктов обмена тканей мозга. Саратовские ученые задались вопросом: каким образом это происходит и как на это влиять? Итогом кропотливой и оперативной работы исследователей явились пионерские результаты по открытию прозрачных лимфососудов-пылесосов в мозге человека, которые выводят из его тканей токсины.
Это открытие стало толчком к расширению научных представлений о восстановительных функциях мозга. Команда лаборатории «Умного сна» сумела привлечь к совместной работе зарубежных коллег, например Томаса Пензеля — ведущего исследователя физиологии сна, руководителя междисциплинарного центра сомнологии клиники «Шарите» (Берлин), и академика Юргена Куртца (Гумбольдтский университет в Берлине), который основал новое направление по изучению сна как маркера состояния гематоэнцефалического барьера, ответственного за поддержание здоровья мозга.
Оксана Семячкина-Глушковская, завкафедрой физиологии человека и животных биологического факультета СГУ, заместитель руководителя по коммерциализации научных разработок Научного медицинского центра:
«Сейчас в команде 50 человек, половина — молодые ученые. Так как они изучают сон, исследования проходят и ночью, и днем. Лаборатория развернулась на 165 кв. м. Здесь есть специальные помещения для работы с культурами клеток, виварий с животными без патогенных микробов, хирургический блок. Перед входом в эти помещения специалистам каждый раз нужно надевать специальные костюмы. Работа ведется на микроскопе с функцией мультифотонной микроскопии. В такой комплектации он единственный в России. Прибор осуществляет глубокое сканирование живых объектов в режиме реального времени, позволяя безопасно и безвредно работать с разными организмами».
От послеродовых травм до болезни Альцгеймера
Сами ученые сравнивают ночную работу прозрачных церебральных лимфососудов с пылесосом. Во время сна мозг активно работает на восстановление своих функций и «избавление» от накопленных за день токсических молекул. Образно говоря, он «принимает душ», чтобы очиститься от метаболитов. В этот момент активизируются сосуды-невидимки. Они помогают выводить из мозга токсины разного происхождения: в том числе и скопившиеся в крови после интракраниального кровоизлияния.
Понимание этих процессов и контроль за ними могут найти широкое применение на практике и стать успешным примером персонализированной медицины. К примеру, при болезни Альцгеймера подобные неинвазивные технологии могут использоваться для выведения токсичного белка. В других случаях стимуляция может помочь вывести кровь из мозга, так как при аневризме или инсульте она начинает выходить именно по лимфососудам.
Другой пример, который сейчас находится в центре внимания саратовской команды, — восстановление мозга новорожденных послеродовых микротравм. В данном случае на руку ученым играет тот факт, что в первый месяц жизни малыша церебральные лимфососуды особенно активны: еще не действуют другие механизмы вывода жидкости из мозга. Повреждения мозга разного масштаба, которые возникают во время родов, вызывают у малышей гематомы. В дальнейшем это может негативно сказаться на различных функциях мозга: от речи и логики до концентрации внимания. Возможность естественным образом «откачать» скопившуюся кровь существенно повышает шансы на позитивное развитие новорожденного.
Родился в шапочке
Практическое применение новых технологий связано с разработкой портативных гаджетов: шапочек или наушников, стимулирующих работу прозрачных лимфососудов у новорожденных во время сна. Они могут использоваться не только в роддомах и клиниках, но и в домашних условиях.
В таких девайсах в качестве стимулов выступают свет и неслышимый звук. ЭЭГ-электроды на шапочке фиксируют стадии сна. Программа, разработанная учеными лаборатории «Умного сна» и вшитая в прибор, определяет фазу глубокого сна: то время, когда лимфатическая система мозга активируется. В этот момент световоды в шапочке автоматически подают стимулирующие сигналы церебральным лимфососудам. Запускается процесс очистки тканей от метаболитов и вредных веществ.
Доклинические испытания на мышах проходят на базе саратовской лаборатории СГУ, клинические начнутся в ближайшие месяцы в Поволжском исследовательском медицинском университете. Партнеры из клиники «Шарите» будут заниматься автоматизированной подачей фотовоздействия. Проект на стыке медицины, физики и биологии показывает реальные возможности междисциплинарного подхода современных вузов и их партнеров.
Лимфодоставка лекарств
Помимо изучения сосудов-невидимок, команда лаборатории «Умный сон» развивает проект «Лимфоокно» по доставке лекарственных препаратов в мозг для борьбы с опухолями.
Оксана Семячкина-Глушковская:
«Мы вводили препараты в шейные лимфоузлы. Оказалось, там есть ретроградный ток, который течет не только вниз, но и вверх. Когда я работала в Корее, мне показали специальные точки на шее, которые снабжаются лимфососудами. Если вводить микродозы препарата в эти точки, то они накапливаются, в том числе в самой опухоли.
Уникальность наших разработок в том, что они неинвазивные и их можно применять в стационаре для лечения, в частности, опухолей мозга. Мы единственные, кто представляет эти разработки на международной арене, поэтому к ним прикован большой интерес со стороны известных научных фондов России, Китая и Америки. Мы получили первый в России патент по неинвазивной доставке препаратов в мозг».
Проекты лаборатории «Умного сна» послужили основой для одного из стратегических проектов Программы развития СГУ, выигранной университетом в рамках «Приоритета 2030». Так что в ближайшие годы саратовским исследователям есть чем заняться. Приоритетные направления работы в 2022 году: «Доставка лекарств в мозг и лечение глиомы при помощи громкой музыки», «Новая эра в трансплантации тканей: скаффолы-габионы «из пробирки» для лечения травм спинного мозга», «Лимфоокно в мозг: новые методы доставки лекарственных препаратов», «Ночная терапия болезни Альцгеймера», «Пионерская неинвазивная фототехнология лечения глиомы».