МОСКВА, 18 июл — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Российские биологи придумали, как помочь мозгу справиться с последствиями кислородного голода и инсульта. Изучив механизм гибели клеток, когда заболевание только развивается, ученые поняли, какие процессы в итоге приводят к удару. О перспективах этого исследования РИА Новости рассказал один из его участников, кандидат биологических наук Егор Туровский из Института биофизики клетки РАН (Пущино).
Что происходит в мозге при гипоксии
Все больше людей в мире страдают от инсульта — нарушения кровообращения, при котором наступает кислородное голодание, или гипоксия мозга. Если вовремя не начать лечение, человек может стать инвалидом, прикованным к постели, или даже погибнуть.
Мозг — самый большой потребитель кислорода среди других органов тела, потому что постоянно выполняет огромное количество функций. Его клетки — нейроны и астроциты — наиболее чувствительны к гипоксии. Нет кислорода — нет энергии для нейронов, а значит, возникает угроза их гибели.
При дефиците кислорода нейроны выделяют глутамат, скапливающийся во внеклеточном пространстве. При этом в нейронах подскакивает уровень содержания ионов кальция, складывается опасная ситуация, которая на этом этапе еще обратима: нейроны можно спасти.
Если же гипоксия сохраняется, наступает вторая фаза — глобальная: нейроны усиленно производят глутамат, концентрация кальция растет неуправляемо, нейроны гибнут.
Это сопровождается воспалительными процессами. В очаг поражения проникают моноциты — белые кровяные клетки — и вырабатывают различные спасительные вещества.
На втором этапе тормозная система мозга, сдерживающая химическую активность в нейронах, отказывает. Дело в том, что ее клетки (ГАМКергические нейроны) при гипоксии гибнут первыми. Это обнаружили в 2013 году ученые из лаборатории внутриклеточной сигнализации Института биофизики клетки РАН, где работают Егор и Мария Туровские.
"Без этих нейронов сеть мозга — как машина без тормозов, только педаль газа действует", — приводит сравнение Егор Туровский.
© Фото : Turovsky E
ГАМКергические нейроны (красные) особенно чувствительны к дефициту кислорода и глюкозы, они погибают первыми. Синим окрашены ядра глутаматергических нейронов. Образец клеток гиппокампа мозга, разрешение — 25 микрометров.
Как спасти нейроны от гибели
Надо было понять, как защитить ГАМКергические нейроны при ишемии мозга — уменьшении кровоснабжения. ГАМК — это гамма-аминомасляная кислота, сигнальная молекула, которой обмениваются эти клетки.
Выполнив ряд опытов на культурах клеток мозга крыс, исследователи подробно изучили защитный эффект интерлейкина 10 — соединения, которое производят иммунные клетки моноциты, чтобы бороться с воспалительным процессом.
"Это сильный нейропротектор. Он действует через рецепторы на нейроны и астроциты, защищает их от воспаления. Иммунные клетки дают его в ограниченных количествах, поэтому мы решили, что можно добавить извне", — рассказывает биолог.
Интерлейкин 10 получают в научных лабораториях из культур генно-модифицированных клеток человека, а это всегда дорого.
"Мы подумали, хорошо бы найти что-то подешевле. Добавляли различные компоненты и обнаружили, что некоторые усиливают его действие", — продолжает ученый.
Один из таких компонентов — дигидрокверцетин. Это природный растительный флавоноид, извлекаемый из пней сибирской и даурской лиственниц. Продается как БАД с антиоксидантным эффектом.
"Дигидрокверцетин подавляет экспрессию NMDA- и AMPA-рецепторов. Их становится меньше, и сокращается вход ионов кальция в нейроны при ишемии", — поясняет Туровский.
Кроме того, изучили антиоксидантный эффект этого вещества, то есть способность связывать свободные радикалы кислорода, повреждающие ГАМКергические нейроны.
Эффективность интерлейкина 10 повышает еще одна добавка — агонист альфа-2 адренорецепторов. Эти молекулы способствуют снижению артериального давления, но на уровне клеток мозга, как выяснили ученые, обладают комплексным действием и активируют экспрессию защитных белков.
Четвертый компонент Туровский не называет. Это ноу-хау научной группы, которое предстоит запатентовать. Без этого коммерциализация разработки невозможна. Затем придется искать финансирование, чтобы исследовать всю нейропротекторную композицию на животных, убедиться в отсутствии побочных эффектов. Только потом речь пойдет о клинических испытаниях.
© Turovsky E.
Слева — мозг грызуна во время инфаркта, вызванного перекрытием средней мозговой артерии (эту модель называют MCAO). Стрелка указывает на некроз (белый участок). Интерлейкин 10 (IL-10) защищает клетки от гибели. Защитный эффект усиливает добавление к нему гуанфацина (GF), это агонист альфа-2 адренорецепторов.
Есть метод — есть признание
Егор Туровский с супругой Марией приехали в Пущино из Мурманска после окончания педагогического университета. Их тянуло к фундаментальной науке, поэтому они поступили в магистратуру ПущГЕНИ и занялись нейробиологией. Это научное направление очень актуально и хорошо финансируется во всем мире.
"Нас интересуют механизмы повреждения и выживания клеток мозга, какие рецепторы, сигнальные пути активируются при ишемии, какие сигнальные каскады необходимо запустить для формирования устойчивости к гипоксии и ишемии", — отмечает Туровский.
В лаборатории внутриклеточной сигнализации, где работали магистранты, поставили задачу: разработать микроскопический метод регистрации воздействия ишемии на клетки мозга. Мария Туровская с этой задачей справилась, что открыло ей путь в большую науку.
На этом пути ученые сделали ряд фундаментальных открытий. Одно из них касается астроцитов — клеток глии, окружающей нейроны. Вместе с коллегами из отдела нейронаук, физиологии и фармакологии Университетского колледжа Лондона, где Туровские работали под руководством профессора Александра Гурина, они обнаружили, что астроциты чутко реагируют на дефицит кислорода.
"Когда в стволе мозга происходит малейшее снижение уровня кислорода, первыми откликаются астроциты и посылают сигнал к нейронам, а оттуда — в дыхательные центры", — уточняет ученый.
Изучая мозг мышей в покое и при физических нагрузках, Туровские установили, что у животных меняется ритм дыхания: промежуток между выдохом и вдохом удлиняется. Этим, как оказалось, управляют "кислородные сенсоры" мозга — астроциты. Результаты исследования опубликованы в 2018 году в Nature Communications.
© Фото : Turovsky E
Егор Туровский в лаборатории Института биофизики клетки РАН.