Что делают прозрачные лимфатические сосуды в мозге? Для ответа на этот вопрос в Саратовском университете создана лаборатория «Умного сна» мирового уровня.
Открытие американскими учёными сосудов-невидимок было первым шагом. Кто сделает следующее? Этот приоритет есть у России в силу сложившихся идеальных условий, объединивших учёных мирового уровня в лаборатории «Умного сна», построенной на базе Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского.
Мегагрант на умные технологии
Лаборатория проводит специальные научные исследования в рамках реализации мегагранта, финансируемого Министерством науки и высшего образования РФ. Как рассказала заведующая кафедрой физиологии человека и животных, заместитель руководителя по коммерциализации научных разработок Научного медицинского центра СГУ О.В. Семячкина-Глушковская, стратегия мегагрантов в основном и нацелена на то, чтобы развивать «умные технологии»:
– В нашем случае – это портативные смарт-технологии управления восстановительными свойствами сна для нейрореабилитационной медицины. Неслучайно наше подразделение так и называется – лаборатория «Умного сна». Сегодня во всем мире меняются тактика и подходы к проблеме развития систем управления функциями мозга. Эти возможности появились сравнительно недавно, в связи с прорывными открытиями в области нейробиологии.
Наши американские коллеги пять лет назад «переоткрыли» эти лимфатические сосуды. А впервые на них обратил внимание еще два века назад итальянский анатом Паоло Масканьи. Он их описал, создал восковые фигуры, которые до сих пор хранятся в музее патологоанатомии в Вене. Но таков парадокс судьбы, что никто после него повторить этот эксперимент не смог. Около двух веков в медицине существовала догма об отсутствии в мозге прозрачных лимфатических сосудов, которые выполняют очистительную и защитную функцию в организме. И вот именно сегодня, когда меняются научные концепции о функциях мозга, стало возможным переосмыслить открытие Масканьи в плане развития принципиально новых технологий.
Итак, в 2015 году в США в университете Вирджинии, благодаря прогрессу в оптических технологиях, впервые были обнаружены сосуды-невидимки, которые до сих пор «прятались» в оболочках мозга и были незаметны для ученых. Это произвело переворот в науке и стимулировало существенный пересмотр научных знаний о работе мозга и его восстановительных функциях. Ученые заговорили о том, что мозг имеет иммунную систему, может активно защищаться от бактерий и вирусов, а также активно очищаться от токсинов и метаболитов. А раз так, значит, есть большие перспективы для развития принципиально новых технологий, о которых мы даже и не мечтали.
Это переворотное событие захватило и саратовских исследователей, хотя все началось как случайность, вернее, как случайная закономерность. Поездка Оксаны Валерьевны Семячкиной-Глушковской в Нью-Йорк на школу по совсем другой тематике, где она прослушала лекцию об открытии этих сосудов, закончилась тем, что она так вдохновилась этими исследованиями, что, вернувшись в Россию, за три дня переписала свой проект в Российский научный фонд уже по новой теме о сосудах-невидимках. Через какое-то время она встретила коллегу из клиники «Шарите» Томаса Пензеля, который стал руководителем мегагранта. Сегодня уникальная команда исполнителей включает мировых лидеров в области изучения сна (Томас Пензель, междисциплинарный центр медицины сна в клинике «Шарите», Берлин, Германия), в области менингеальной лимфатической системы (Джонатан Кипнис, медицинская школа университета Вирджинии, Шарлотсвилл, США) и нелинейных методов анализа сложных биологических сигналов (Юрген Куртц, Гумбольдтский университет, Берлин, Германия). Это молодой и сильный коллектив, одна команда, где «один за всех и все за одного», они открывают науку через высший пилотаж интуиции и на стыке наук, включая медицину, физику, биохимию.
Возможно ли управлять сосудами-невидимками?
Сегодня команда саратовских учёных изучает механизмы работы сосудов-невидимок во время сна. Это уникальное явление выглядит так: когда мы засыпаем, мозг закрывается от всего мира, чтобы поработать на самого себя, освободиться от тех продуктов, которые накопились в течение дня, а лимфатические сосуды-невидимки выполняют функцию пылесоса. Они активируются во время сна и очищают его ткани от токсических молекул, накопленных в течение дня или в процессе развития заболеваний, например, от крови после интракраниального кровоизлияния.
Таким образом, мегагрант объединил два открытия в новое направление научных исследований. СГУ возглавил это направление и первым в мире приступил к разработке специальных технологий изучения сосудов-невидимок в мозге, в том числе – уникальных портативных смарт-устройств для управления восстановительными способностями сна с целью их применения для нейрорегенеративной медицины. В основу этих технологий заложено выявление во время сна характерных медленных волн электрической активности мозга, ассоциированных с активацией очистительных свойств сна и стимуляцией этих процессов за счёт подачи неслышимого звука. Уникальные разработки показали первые результаты, когда спящий мозг эффективно очищался от токсичного белка бета-амилоида или от крови после интракраниальных геморрагий.
Поиск лимфатических сосудов в тканях мозга и изучение их роли продолжался учёными СГУ на протяжении всего прошлого года, сейчас на эту тему готовятся сразу несколько публикаций, а международные эксперты изучают результаты проведенных экспериментов.
Сосуды-невидимки спящего мозга – настоящий прорыв в медицине, закладывающий перспективы лечения таких патологий, как болезнь Альцгеймера, травмы мозга, интракраниальные геморрагии во время сна, без применения специальных препаратов, которые в 90% случаев не доходят до мозга из-за гематоэнцефалического барьера между кровью и его тканями.
Апробированные технологии помогут стимулировать лимфатические сосуды-невидимки для выведения накопленного токсичного белка. Они могут применяться и для очищения мозга от крови, которая токсична для мозга. Ведь при инсульте или аневризме кровь из тканей мозга начинает выходить на периферию именно по лимфатическим сосудам, и, чтобы человеку помочь, нужно стимулировать их работу. Особенно это важно для новорождённых. Как оказалось, в первый месяц жизни сосуды-невидимки работают наиболее активно, все остальные механизмы вывода жидкости из головного мозга не действуют.
Чудо-шапочка для новорождённых
Эта уникальная разработка саратовских учёных позволит новорожденным малышам эффективно восстанавливаться от микротравм мозга, полученных во время родов.
Даже самые благополучные и естественные роды порой оказываются сложным испытанием для стремящегося на свет маленького человека. При прохождении родовых путей у малышей нередко случается поверхностное повреждение мозга, а иногда и даже части его. Такие гематомы очень опасны для развития дальнейших функций – концентрации внимания, речи, логики. Вот почему такого малыша необходимо вовремя диагностировать, «откачать» естественным путем скопившуюся кровь – только после этого можно реально рассчитывать на позитивное развитие новорождённого.
Сейчас входящие в команду учёные, в том числе неврологи и неонатологи Саратовского медицинского университета им. В.И. Разумовского, приступили к фазе клинических испытаний новых технологий. Их практическое применение в неонатологии запланировано уже на этот год. Портативное оборудование, которое не требует специального обучения и может использоваться даже в домашних условиях в виде шапочек или наушников, будет стимулировать работу сосудов головного мозга малышей во время сна.
Как рассказала Оксана Валерьевна, будут использоваться два стимула: свет и неслышимый звук. Шапочка представляет собой ЭЭГ электроды, которые регистрируют стадии сна. В нее вшита разработанная учеными программа, позволяющая детектировать «терапевтические окна» сна, при которых активируется лимфатическая система мозга. Через вшитые в шапочку световоды подается стимулирующий сигнал на лимфатические сосуды-пылесосы, очищающие ткани мозга от токсинов и метаболитов.
Для учёных 2021 год будет очень насыщенным: их ждут патенты на новые технологии, они запускают клинические испытания, готовят к публикации статьи, которые позволят заявить о результатах исследований на международном уровне. В статье Inernational Journal of Molecular Science представлены основные идеи проекта, которые будут реализованы в клинической практике до конца этого года.
– В России мы пока единственные, кто работает в этом направлении, – констатирует Оксана Валерьевна Семячкина-Глушковская. – Подобные исследования проводятся впервые и имеют исключительное значение. Оно связано с такими важными моментами, как изменение менталитета и научных концепций о работе мозга во время сна, с появлением принципиально новых образовательных программ, а также с созданием креативного импульса в технологическом секторе страны, где гарантированно быстро появятся высококонкурентные на мировом рынке гаджеты «умного сна» для управления его восстановительными свойствами, в том числе в домашних условиях.
Для нас мегагрант Правительства РФ – большая честь, и мы понимаем свою ответственность за его результаты. Этот грант является очень важным стимулирующим началом и для развития научных исследований Саратовского университета. Больше половины суммы (85 миллионов рублей) мы потратили на закупку единственного пока в нашей стране супермикроскопа в современной комплектации с особым лазером для широких возможностей мультифотонной микроскопии. Он позволяет работать с разными организмами и без вреда для них глубоко проникать в тайны живого.
Текст: Тамара Корнева
Фото: Виктория Викторова
