Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова Минздрава России (РНИМУ) изучает возможности термогенетических технологий для неинвазивной глубокой стимуляции мозга. Цель исследования – новые подходы для лечения ряда неврологических и нейродегенеративных заболеваний, в том числе, болезни Паркинсона, дистонии и хронической боли.
Специалисты разрабатывают методы, позволяющие управлять состоянием нейронов в живом организме посредством термогенетики и метаболической инженерии. Работа проводится в рамках инновационной системы «Нейрокампус-2030», созданной в РНИМУ как одно из направлений реализации программы «Приоритет-2030».
Почему это важно
По оценкам ученых, в 2020–2021 годах в мире насчитывалось 50 млн человек, которые страдают нейродегенеративными заболеваниями. Согласно прогнозам, к 2050 году эта цифра может увеличиться до 115 млн человек. Данные болезни приводят к постепенному нарастанию психической и физической беспомощности, поэтому специалисты ищут инновационные способы лечения.
«Благодаря развитию генетических технологий в течение последних двадцати лет исследователи получили новые инструменты на основе генно-инженерных белков с уникальными свойствами. Сегодня их широко применяют в различных областях, в том числе и в исследованиях мозга», – рассказал кандидат биологических наук, старший научный сотрудник группы термогенетики Центра высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины РНИМУ, старший научный сотрудник отдела метаболизма и редокс-биологии ИБХ РАН Олег Подгорный.
В настоящее время термогенетика не используется в клинической практике. В 2022 году ученые получили важные результаты для обоснования ее применения, исследования продолжаются. Для дальнейшего распространения в здравоохранении необходимо разрешение этических комитетов на проведение процедур, которые сочетают использование генной инженерии и медицинского прибора. В России пока отсутствует нормативная база для подобных действий.
Как управляют нейронами
Управление жизнедеятельностью отдельных нейронов — важная практическая задача, как при изучении функционирования мозга, так и при компенсации различных неврологических патологий человека. При этом информация о свойствах отдельных генетических элементов позволяет специалистам прогнозировать результат внедрения их продуктов в клетки мозга на уровне всего организма.
«Наукой, которая создает нервные системы с новыми, полезными для научных исследований и индустрии свойствами, является синтетическая нейробиология. Наиболее яркие ее примеры — опто- и хемогенетические технологии. Их применяют для управления электрической активностью нервных клеток. Генетически кодируемый элемент вводится in vivo. Его активируют несколькими способами: светом (оптогенетика), с помощью связывания со специфическим участком молекулы, на который нацелены ученые, — лигандом (хемогенетика) или за счет нагрева (термогенетика). С использованием этих подходов сегодня можно воздействовать на разнообразные процессы в живых клетках, начиная от экспрессии генов и заканчивая управлением сердечным ритмом и секрецией гормонов», – рассказал Подгорный.
Ключевое преимущество опто- и хемогенетики — возможность контролировать электрическую активность нервных клеток с высокой точностью в пространстве и во времени.
Термогенетику специалисты изучают как перспективный и удобный метод управления мембранным потенциалом нейронов посредством нагрева, например с помощью ИК-излучения.
Как отметил ученый, сейчас для глубокой стимуляции в мозг имплантируют электроды. С помощью термогенетики эта процедура может стать неинвазивной. Это обеспечивается нагревом тканей мозга с помощью фокусного ультразвука высокой интенсивности. Поэтому термогенетика может сильно облегчить лечение пациентов, позволяя малотравматичным способом уменьшить или устранить ряд неврологических симптомов.
