Наука и технологии России

Вход Регистрация

В поисках материальной природы безумия

Понимать и контролировать происходящее в головном мозге – давняя мечта человека. В последние годы благодаря прогрессу молекулярной биологии и неинвазивных методов исследования нейронауке удалось приблизиться к её воплощению в жизнь. Вполне возможно, что очередной прорыв в этой области будет связан с проектом Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского (ННГУ), победившем в конкурсе мегагрантов. На его средства создана лаборатория по изучению внеклеточного матрикса мозга, руководит которой Александр Дитятев, ведущий научный сотрудник Итальянского института технологий в Генуе.

Дитятев_Казанцев Александр Дитятев (справа), руководитель лаборатории по изучению внеклеточного матрикса мозга ННГУ, с коллегой Виктором Казанцевым. Фото Жанетты Дитятевой

Если говорить очень упрощённо, то суть проекта состоит в следующем. Традиционный подход в нейробиологии предполагает воздействовать на главные действующие элементы головного мозга – нейроны и связи между ними – синапсы – в некотором смысле напрямую. Александр Дитятев предлагает иной путь: использовать субстанцию, которая считалась у биологов функционально второстепенной для сформировавшегося мозга, – внеклеточный матрикс. Если мы будем воздействовать на нейроны и синапсы через неё, то это может усилить эффективность воздействия.

Внеклеточный матрикс мозга – это вещество, состоящее из молекул, которые создаются самими нервными клетками и выбрасываются ими в окружающее их пространство. Матрикс заполняет межнейронное пространство, и его можно сравнить с «каркасом», который «скрепляет» нейроны головного мозга. В этом каркасе находятся ещё одни элементы – молекулы клеточной адгезии и рецепторы к межклеточному матриксу. Это нечто вроде арматуры, соединяющей каркас с клетками мозга. Между нейронами и межклеточным матриксом происходит взаимодействие. Понять его природу и научиться им управлять – задача, которую ставит перед своим коллективом Дитятев. Её решение важно для выявления причин серьёзнейших нервно-психических заболеваний, эпилепсии и шизофрении, и поиска новых подходов для их лечения.

Справка STRF.ru:
Дитятев Александр Эдуардович окончил математико-механический факультет Ленинградского государственного университета в 1985 году. Ещё в школе, благодаря книгам по нейрофармакологии, он увлёкся красотой ветвлений нервных клеток и заинтересовался передачей сигнала между ними. Однако ввиду сильной близорукости он не мог поступить на биологический или химический факультеты – таковы были правила для абитуриентов тех лет. Поэтому его путь в нейробиологию лежал через матмех и математическое моделирование синаптической передачи. В 1991 году он защитил диссертацию по этой теме в Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова и стал кандидатом биологических наук. Работал в Бернском и Гамбургском университетах. В настоящее время – ведущий научный сотрудник в Итальянском институте технологий в Генуе, а также профессор Университета Генуи и ННГУ

Внеклеточный_матрикс
Внеклеточный матрикс мозга как «каркас» для терапевтических воздействий. Коллаж Александра Дитятева

Открытия

Интерес к внеклеточному матриксу мозга появился у Александра Дитятева почти случайно. Изучая свойства некоторых полисахаридов, ассоциированных с молекулами клеточной адгезии и матрикса, он с коллегами обнаружил влияние этих полисахаридов на синаптическую передачу в тормозных синапсах; именно после этого открытия и возник специфический интерес к составляющим матрикс молекулам. Первые работы в этом направлении были опубликованы группой Александра Дитятева в 2000–2001 годах. По его словам, они привели к перезагрузке традиционных представлений о функциях внеклеточного матрикса, с которым обычно связывался образ «каркаса», важного для раннего развития мозга и ответственного за поддержание целостности клеточных структур. В обзоре 2003 года в Nature Reviews Neuroscience Дитятев высказал гипотезу о механизмах, посредством которых внеклеточный матрикс влияет на синаптическую пластичность.

В 2007 году на конгрессе International Brain Research Organization, который проходил в Мельбурне, он встретил Алексея Семьянова, заведующего лабораторией электрофизиологии и оптического имиджинга Института мозга RIKEN в Японии, профессора кафедры нейродинамики и нейробиологии ННГУ. Они начали активно сотрудничать, выпустив в итоге совместную статью в The Journal of Neuroscience в 2010 году.

Neuron
Обложка журнала Neuron со статьёй об исследовании внеклеточного матрикса мозга, выполненного под научным руководством Александра Дитятева. «The Extracellular Matrix Molecule Hyaluronic Acid Regulates Hippocampal Synaptic Plasticity by Modulating Postsynaptic L-Type Ca2+ Channels» Neuron, Volume 67, Issue 1, 116-128, 15 July 2010

Среди результатов этого масштабного исследования, выполненного под научным руководством Дитятева, приведены данные экспериментов на мышах, в головном мозге которых отсутствовали определённые молекулы клеточной адгезии. Известно, что у таких мышей замечены схожие с шизофрениками нарушения памяти и обработки сенсорной информации. В свою очередь, у больных шизофренией этих молекул клеточной адгезии меньше, чем у здоровых людей. Исследование показало, что наличие или отсутствие этих молекул сказывается на синаптической пластичности (иначе говоря, влияет на регуляцию межнейронных взаимодействий). Более того, удалось восстановить с помощью фармакологических средств – несмотря на дефицит молекул клеточной адгезии – тот уровень синаптической пластичности, который характерен для «нормальных» мышей. После чего вернулась способность к обучению и память. Фактически эти эксперименты выявили новый молекулярный механизм, посредством которого молекулы клеточной адгезии влияют на синаптическую пластичность. Вполне допустимо предположить, что этот механизм разрегулирован у больных шизофренией. Из того факта, что у мышей его получилось восстановить фармакологически, разумеется, не следует однозначно, что то же самое удастся сделать и у людей, но попытаться стоит.

Практическое значение сделанного открытия Александр Дитятев связывает прежде всего с новыми возможностями изменять активность мозга. Он отмечает, что, используя внеклеточный матрикс в качестве инструмента воздействия на синапсы, мы можем запустить такие изменения в эффективности и пластичности межнейронных взаимодействий, которые длятся недели и даже месяцы. В то время как обычные подходы, такие как воздействие на рецепторы к нейромедиаторам, эффективны в течение часов или дней. Это, естественно, создаёт возможности для новых видов терапии неврологических и психиатрических заболеваний.

Справка STRF.ru:
Новые концепции, развиваемые Александром Дитятевым:
1. Локальная композиция внеклеточного матрикса отражает историю активности нервных клеток и тем самым служит носителем долговременной памяти.
2. Внеклеточный матрикс регулирует синаптическую пластичность – основу формирования новой памяти посредством модификации контактов между нервными клетками.
3. Внеклеточный матрикс вовлечён в гомеостатические регуляции, которые препятствуют хроническому недо- или перевозбуждению нервных клеток

Работы и концепции Дитятева очень заинтересовали нижегородцев. Поэтому на одной из международных конференций в 2009 году Алексей Семьянов познакомил его с Виктором Казанцевым, заведующим межфакультетской кафедрой нейродинамики и нейробиологии биологического и радиофизического факультета ННГУ, ведущим научным сотрудником в Институте прикладной физики РАН. Когда прошлым летом Минобрнауки России объявило конкурс на получение мегагрантов, они быстро подготовили проект, вошедший в число 40 победителей конкурса.

К столь масштабному проекту ННГУ готовился несколько лет. По словам Виктора Казанцева, Нижегородский университет и Институт прикладной физики существенно увеличили финансирование работ в области нейробиологии. Так, ННГУ, используя возможности национального проекта «Образование», приобрёл лазерный сканирующий микроскоп – прибор, позволяющий визуализировать сигналы в нейронах лабораторных животных.

О достижениях нижегородской нейронауки хорошо знают в экспертном сообществе. Исследования, которыми руководит Казанцев, включены в программу РАН «Молекулярная и клеточная биология», а сам учёный не так давно получил президентский грант для молодых докторов наук. Нельзя не упомянуть и РФФИ, неоднократно поддерживавший нижегородцев. А с недавнего времени нейронауку в Нижегородском университете финансирует и европейская программа «Темпус» (направление «Биотехнологии в нейронауках»).

Нейроны
Нейроны (красные) во внеклеточном матриксе. Фото Александра Дитятева и Гаги Кочламацашвили

Сейчас сотрудники новой лаборатории изучают среди прочего, как именно молекулы матрикса влияют на развитие эпилепсии. Для организации экспериментов по этой проблеме создаётся специализированный виварий и закупается необходимое оборудование – на это идёт большая часть мегагранта. Без современных инструментов и лабораторных животных исследования в области молекулярной нейробиологии невозможны. Так же, как невозможны они без хороших, профессиональных кадров.

За рубежом для проектов такого уровня привлекают защитившихся специалистов (постдоков). Их обычно отбирают по конкурсу из разных стран. В Европе и США длительность таких проектов составляет обычно пять лет, в то время как мегагрант предполагает финансирование до конца 2012 года, и в этой ситуации на постдоков из других стран особенно рассчитывать не приходится. По словам Александра Дитятева, за исключением его самого и специалиста по молекулярной биологии, Михаила Филиппова, «рекрутированного» из Гейдельберга, в матричном проекте принимают участие только нижегородцы: «Среди них в основном молодые учёные с хорошей мотивацией и золотыми руками, без чего проект не мог бы успешно развиваться».

Александр Дитятев считает, что в течение последних лет произошло накопление огромного числа первичных данных о генах и функциях кодируемых ими белков, что, конечно же, стимулирует желание нейробиологов осмыслить и использовать накопленную обширную экспериментальную информацию. Впечатляюще выглядит, к примеру, амбициозный проект «человеческий мозг», предложенный швейцарским профессором Генри Маркрамом. Уже к 2023 году Маркрам предполагает создать работающую компьютерную модель человеческого мозга. Рассказывая о его планах, Дитятев замечает: «Не могу сказать, насколько поставленная Маркрамом задача реалистична, поскольку слишком много параметров, описывающих взаимодействия между нервными клетками, ещё не измерены. Но в целом я считаю, что бурный прогресс в области нейронаук делает возможным постановку такой задачи и задачи по воссозданию нервной ткани, используя генетическое репрограммирование клеток кожи и искусственный внеклеточный матрикс, не говоря уже о генерации отдельных типов нервных клеток, подверженных нейродегенеративным заболеваниям. Грядёт золотое время для нейронауки, и хотелось бы, чтобы российские нейробиологи смогли внести свой вклад в её развитие».

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 1

Галереи

Айвор Джайевер

16 июня 2011 года в рамках Пятой международной конференции по бионаноскопии, проводимой в ЦКП МГУ, состоялось выступление Айвора Джайевера, лауреата Нобелевской премии по физике 1973 года (совместно с Лео Эсаки и Брайаном Джозефсоном) «за экспериментальные открытия туннельных явлений в полупроводниках и сверхпроводниках».

10 фото

Обсуждение

Новости

Homo sapiens скрещивались с неизвестным видом людей

Робот-микроб почистит артерии

Самолет на солнечных батареях Solar Impulse 2 завершил кругосветный перелёт

Цитируемость и индексы Хирша кандидатов в академики РАН можно сравнить на новом портале

В Хакасии обнаружили нехарактерное изображение быка эпохи бронзы

Инъекции стволовых клеток, возможно, «отменят» пересадку сердца

Кстати,
на
52%
сократились...
Конференция IPS-21 IVAO