Сможем ли мы когда-нибудь понять, как устроен наш мозг, и научиться управлять мыслительным процессом? Возможно ли расширять возможности памяти? Произойдет ли победа над нейродегенеративными заболеваниями? Правда ли, что они принимают характер эпидемии и стремительно молодеют? Об этом рассказывает Денис Борисович Тихонов, заместитель директора Института эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова, член-корреспондент Российской Академии наук.
– Денис Борисович, вашему институту исполнилось 65 лет. Расскажите, пожалуйста, что сейчас происходит в жизни института? Что с момента основания сохранилось незыблемым, а что принципиально изменилось?
– Самая лучшая научная традиция, которая у нас всегда сохраняется, – постоянно делать современные работы в актуальных областях. Сейчас есть возможность обновлять инфраструктуру, закупать достаточно современное оборудование, осваивать современные технологии и методики так, чтобы оставаться на передовом крае науки.
– Давайте поговорим о конкретных направлениях деятельности института, о самых интересных разработках, которые были сделаны за последнее время.
– У нас ведется широкий спектр исследований. Прежде всего, мы физиологи, а физиологию можно охарактеризовать как фундаментальную науку, которая лежит в основе медицины. Поэтому все наши исследования имеют фундаментальный характер, но мы стараемся нацеливать их так, чтобы быть в русле современной медицины. В значительной степени прогресс в этих исследованиях связан с появлением high throughput technologies, то есть высокопроизводительных технологий. Вот пример: сейчас есть возможность брать у пациента или у здорового человека тысячи и десятки тысяч различных проб, определять все белки, которые у него присутствуют в тех или иных системах и так далее. И есть возможность делать это массово, не на некоторых выбранных людях, а на большом круге людей. Один из таких о современных трендов связан с ранней диагностикой различных заболеваний. Это и диабет, и нейродегенеративные заболевания, и многое другое.
Обычно, когда у человека начинает что-то болеть, то помочь ему бывает сложно. Проблема, которой сейчас очень активно занимаются, – это диагностика на самых ранних стадиях, когда еще нет заболевания, нет никаких симптомов, но уже есть какие-то изменения в организме, какие-то нарушения нормальных физиологических функций, которые с большой долей вероятности через некоторое время проявятся как тяжелое заболевание. Попытки найти ранние маркеры грядущих заболеваний – это один из больших трендов. Это требует биохимического анализа, криобанка проб и так далее. Для того, чтобы это делать, нужно собирать большие массы данных сначала с животных или с людей, потом их анализировать и пытаться найти, что было изменено до того, как появились самые первые симптомы болезни.
Все это требует высокопроизводительных технологий и оборудования. В том числе анализ этих больших масс данных требует применения методов искусственного интеллекта, машинного обучения, чтобы выявить какие-то корреляции. Это одна из тем, в которых мы стараемся сейчас держаться на уровне.
Кроме того, всегда остаются классические темы, потому что методики и конкретные задачи меняются, а проблемы со здоровьем у людей в значительной степени остаются те же. Есть огромное количество патологий, которые до сих пор так и не поддаются серьезному изучению. Это эпилептические, судорожные синдромы, это мигрени. Очень многое из этого по-прежнему не купируется известными лекарственными препаратами. И проблема здесь в том, что мы не до конца понимаем, откуда все это происходит. Несмотря на огромные усилия и академических институтов, и индустрии, нет понимания, что изначально было нарушено, что здесь является ключевым, и в значительной степени мы пытаемся просто купировать последствия. Изучение физиологических процессов, которые могут лежать в основе этих нарушений, – это непроходящая задача, в которой мы тоже стараемся участвовать.
Еще одна важная проблема, в решении которой мы стараемся участвовать, – это разработка новых экспериментальных моделей. Множество исследований просто невозможно проводить на людях, тем более на больных. Необходимы модели заболеваний и нарушений на лабораторных животных. Это очень непростая задача – вызвать у животных специфические процессы, изучая которые мы сможем судить об аналогичных процессах у человека. Практически любая экспериментальная модель лишь частично воспроизводит, например, патологические состояния у людей. Поэтому нужен целый ряд моделей, чтобы составить общую картину, подобрать методы коррекции и изучить возможные последствия. В этом одна из особенностей физиологов, которые смотрят на любую систему организма с точки зрения ее функции и взаимодействия с другими системами в разных условиях.
– Правильно ли я понимаю, что мигрень и эпилепсия имеют нечто общее в своей основе? И удалось ли вам здесь достичь результатов?
– Конечно, имеется нечто общее, потому что это те или иные нарушения в нейронных сетях, в функционировании нервной системы. Происходят разбалансировки, что-то нарушается, и запускается большой процесс.
Прогресс, конечно, есть. Мы с каждым годом понимаем всё это все лучше и лучше. Это не только мигрень и эпилепсия. Одна из таких тематик, которая последнее время развивается – это нейродегенеративные заболевания. Понятно, с чем это связано. Продолжительность жизни у людей увеличивается, соответственно, все больше и больше приобретают значение болезни, типичные именно для пожилого возраста. На решение этих проблем тратятся огромные средства. Скажем, болезнь Альцгеймера пытаются лечить несколько десятков лет, но прорыва в этом деле как не было, так и нет, поскольку по-прежнему не хватает базовых знаний.
– Слышала, что болезнь Альцгеймера приобретает характер эпидемии и что она молодеет. Это уже болезнь не только стариков, но и людей более молодого возраста. У вас есть такие наблюдения?
– Всё дело в том, что здесь скорее расширяется понятие о том, что мы начинаем относить к нейродегенеративным заболеваниям. Если раньше это ассоциировалось с состоянием, когда у человека начинается деменция, то сейчас мы все больше и больше понимаем, что все начинает развиваться в гораздо более молодом возрасте, чем когда это проявляется на уровне клинических симптомов.
– То есть научились раньше диагностировать?
– Да, это одна из стратегических целей. Потому что, когда у человека отказывает память (в случае Альцгеймера), то уже мало что можно сделать. Это значит, что нейроны, нервные сети уже серьезно повреждены. Восстановить их практически нереально.
– Расскажите, пожалуйста, о том научном направлении, которое лично вам как ученому наиболее близко.
– Почти 30 лет я занимаюсь проблемой, связанной с ионными каналами. Это такие молекулы, которые находятся в клеточных мембранах. Мембраны в нормальном состоянии для ионов непроницаемы. Но когда нужно те или иные ионы через мембрану пропускать, за это могут быть ответственны ионные каналы, которые при тех или иных воздействиях открываются и пропускают ионы. И если говорить о быстрой нейрофизиологии – это генерация сигналов в нервных клетках, их распространение, их передача – вся эта область науки фактически держится на ионных каналах. Просто потому, что это самый быстрый способ передачи сигнала, а нервной системе нужно отрабатывать быстро, скорость здесь имеет решающее значение.
Здесь наша основная задача – найти какие-то новые вещества, которые будут определённым образом эти ионные каналы модулировать, управлять их работой. Если мы возьмем всю мировую фармакологию, вообще все, что в мире используется в качестве лекарственных препаратов, и поделим этот общий пул по тому, какие молекулы являются их мишенями, то мишенью примерно каждого десятого фармакологического препарата является ионный канал. Среди класса молекул это устойчивое второе место.
– А первое место?
– Первое – это рецепторы, сопряженные с G-белками, основные входы модуляции. А второе – ионные каналы. Лиганды ионных каналов это антиконвульсанты, антиаритмики, антидепрессанты в какой-то степени – огромное количество соединений имеет своими мишенями именно ионные каналы. Изучать, как устроены ионные каналы, как они работают, и соответственно пытаться подобрать для них новые агенты, которые на них могли бы воздействовать – это одна из приоритетных наших задач, решаемых в нашей лаборатории.
Есть такие ионотропные рецепторы глутамата, которые участвуют в синаптической передаче в центральной нервной системе. Нами был разработан и исследован ряд соединений, избирательно и активно блокирующих данные рецепторы. Эти вещества сегодня выпускаются для исследовательских целей несколькими фармацевтическими компаниями и считаются общепринятыми фармакологическими средствами модулирования работы этого типа ионных каналов. И эти работы продолжаются.
– Нейрофизиология, изучающая работу головного мозга, считается одной из самых сложных, если не самой сложной областью медицины. Ваши коллеги говорят о том, что мозг является самой сложной тайной Вселенной, которую нам, вероятно, и не удастся никогда разгадать. А вы как считаете, удастся ли нам когда-нибудь полностью понять, как работает наш мозг, и научиться с этим работать?
– Мы точно не доживем до этого. Если рассматривать мозг как большой пазл, мы пока только несколько маленьких частей поставили на правильно место. Несмотря на огромную работу, до понимания далеко. Маленький пример из наших текущих интересов. Казалось бы, основные типы ионных каналов, работающих в нервной системе, давно известны. По крайней мере, мы знаем основных игроков на этом поле. Но в последние годы стало ясно, что есть еще один интересный тип ионных каналов – ионные каналы, активируемые протонами внеклеточной среды. В последние годы выяснено, что этих каналов очень много в центральной нервной системе, они экспрессируются в нейронах и модулируют самые разные нейрофизиологические и нейропатологические процессы.
Только сейчас от стадии недоумения мы начали потихонечку переходить к стадии интенсивного исследования. Это для нас очередная революция. На поле, где мы, казалось бы, знаем всех основных игроков – натриевые, калиевые, лиганд-управляемые, потенциал-управляемые каналы, как синапс работает и так далее, – вдруг появился еще один важный игрок. Это иллюстрация того, насколько в принципе мы далеки от полного понимания даже не того, как работает мозг, а одного лишь его участка – элементарного синапса, места передачи информации между двумя нейронами. Вдруг оказывается, что есть участники процесса, которые дополнительно модулируют эту работу, и соответственно, есть какие-то фармакологические агенты, которые могут ими управлять. Сейчас количество исследований в этой области резко растет. Мы тоже в этом участвуем, и одна из наших современных тем – поиск и изучение лигандов именно этих протон-активируемых ионных каналов.
– Какие у вас есть еще темы на будущее? Что бы вы еще хотели понять, узнать?
– Конечно, как работает мозг.
– Как вы думаете, это возможно – до конца понять, как работает мозг? Ведь разве может сущность познать самое себя?
– Один человек не может понять, как работает мозг. Но в масштабах мировой науки, я думаю, это когда-нибудь станет подъемной задачей. Пока это рассуждение не на уровне науки, а на уровне философии. Но настанет день, когда это произойдет.
авторское право фото превью: Sergey Shenderovsky
авторское право фото на слайд: Somkiat Fakmee
