Как вылечить поврежденный мозг
Мозг способен восстанавливаться после повреждений. Но происходит это довольно медленно, и человеческой жизни может просто не хватить. Профессор Сиддхартха Чандра занимается регенеративной неврологией и утверждает, что близок день, когда пациентов с такими диагнозами, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера и болезнь двигательных нейронов, наконец-то можно будет стабильно и эффективно лечить. Об этом он рассказал в лекции на платформе TED, а Slon публикует сокращенную версию ее перевода.
Я рад, что могу рассказать о возможностях восстановления тканей мозга после повреждений, и для меня как невролога это особенно важно, потому что мы можем дать надежду на выздоровление пациентам, чьи состояния сегодня считаются неизлечимыми. Проблема вот в чем. Сравните фото здорового головного мозга с фотографией мозга пациента, страдающего болезнью Альцгеймера. Красным отмечены видимые повреждения: атрофия, рубцы.
Я мог бы показать изображения мозга больных с другими диагнозами – рассеянным склерозом, болезнью двигательных нейронов, болезнью Паркинсона, синдромом Хантингтона, – везде похожая история. Эти недуги представляют серьезную угрозу, возможно, самую серьезную в наше время. Статистические данные просто пугают. Сейчас около 35 миллионов человек живут с одним из перечисленных выше диагнозов, и это обходится человечеству в 700 миллионов долларов в год. И ситуация только ухудшается, потому что заболевания эти тесно связаны с возрастными изменениями, а население, как мы знаем, стареет. Вопрос: почему мы до сих пор не знаем способа эффективно лечить больных, страдающих от таких недугов?
Чтобы было проще разобраться во всем этом, возьму на себя смелость прочитать сильно ускоренный курс по высшей нервной деятельности. Придется вкратце пересказать все, чему я учился в медицинском институте! На деле мозг устроен просто: когда нейроны и глиальные клетки здоровы и работают, вместе они создают целую симфонию электрических импульсов, лежащих в основе нашей мыслительной деятельности, способности думать, запоминать, учиться, нашей способности переживать и чувствовать, нашей двигательной активности, наконец. Но любое повреждение одного из звеньев цепи приводит к нарушениям работы системы, а нарушение дает о себе знать в форме заболевания.
Я проиллюстрирую свое повествование видеопримером. Это Джон, мой пациент, он пришел ко мне в клинику на прошлой неделе. У Джона болезнь двигательных нейронов. Джон был так любезен, что согласился рассказать, как и почему ему был поставлен такой диагноз, как болезнь проявилась.
Джон: Я узнал, что у меня болезнь двигательных нейронов, в октябре 2011-го. Меня беспокоило затрудненное дыхание. Сейчас проблемы с дыханием усугубились, плюс у меня появилась слабость в руках и ногах, большую часть времени мне приходится проводить в инвалидной коляске. |
Суть в том, что за восемнадцать месяцев здоровый мужчина оказался в инвалидной коляске, дышать ему помогает кислородная маска. И такое может случиться с кем угодно, с вами, вашим отцом, братом, другом. Вот что происходит, когда погибают двигательные нейроны. А когда поражается миелиновая оболочка нервных волокон, возникает рассеянный склероз.
Я знаю, о чем вы думаете. Вы недоумеваете: этот парень влез на сцену и обещал обнадежить, а вместо этого рассказывает ужасные вещи, беспросветные, вгоняющие в депрессию. Да, я сказал, что эти заболевания очень тяжелы, они кого хочешь выбьют из колеи, да и лечения, по сути, пока нет. И на что же тут надеяться?
Знаете, полагаю, надежда есть. И вот она: картина мозга пациента с рассеянным склерозом. И она демонстрирует способность мозга к регенерации. Да, мозг на это способен, просто делает он это недостаточно быстро и эффективно.
Посмотрите: белые пятна на рисунке – поврежденные области, а вот бледно-голубые – области, где клетки восстановились. Чтобы не было недопонимания: они тоже были белыми! Восстановление произошло не благодаря лечению, нет, доктора тут ни при чем. Это поразительно. В основе процесса лежит способность стволовых клеток генерировать новый миелин, прикрывать им поврежденные участки. В чем сенсационность: во-первых, таким образом была опровергнута аксиома всех времен и народов. Мы точно знали, когда учились на медиков, что нервные клетки не восстанавливаются, в отличие, скажем, от клеток печени или костной ткани. А вообще-то – да, восстанавливаются, просто медленно. Во-вторых, это задает нам совершенно определенное направление для поиска новых способов лечения. Много ума не надо, чтобы понять: мы должны просто потенцировать процесс восстановления клеток, который и без нас происходит.
Так почему же, спросите вы, до сих пор нет эффективной терапии? Ведь не только что же все это выяснилось. Отвечу: все дело в том, что разработка лекарственных препаратов – невероятно сложный и полный рисков процесс, ставки здесь высоки, а шансы на успех невелики. Надо отбросить 10 тысяч неподходящих вариантов, чтобы найти один работающий и безопасный. Можно потратить пятнадцать лет и более миллиарда долларов, но так и не добиться успеха.
Но как делать это быстрее, как изменить правила игры? Для этого потребуется понять, где же процесс стопорится. Одна из таких стадий – длительные опыты на животных. Но познать самого себя человек может, только изучая себя, то есть именно человека (несколько перефразирую Александра Поупа). Так реально ли исследовать все эти процессы на непосредственно человеческом материале? Да. У нас есть возможность использовать стволовые клетки, уникальные в своем роде: они способны к саморегенерации, плюс из них можно создавать клетки для починки разных органов, будь то печень или костная ткань, и даже, возможно, двигательные нейроны или миелиновую оболочку нервных волокон. Действительно ли это дает нам шанс на революцию в лечении неврологических пациентов?
Полагаю, да. Моя уверенность базируется на открытиях последних двадцати лет. Мы помним о первой клонированной из клетки взрослой особи овечке Долли, здесь, в Эдинбурге, но куда важнее другое научное открытие. Его совершил японский ученый Синъя Яманака, нобелевский лауреат, впервые получивший индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Он продемонстрировал, что нужно всего 4 компонента, чтобы абсолютно любую клетку преобразовать в стволовую. Трудно преувеличить значение этого события в науке, потому что оно означает, что каждый из числа сидящих в этой аудитории – сам себе набор запчастей. Возьмите клетку, скажем, кожи, преобразуйте ее в стволовую, и ее можно будет использовать там, где она нужна для лечения. Когда я учился на врача, над этим тезисом все мы просто посмеялись бы, а сегодня это самая настоящая реальность. И вот он – источник надежды.
Есть два пути применения стволовых клеток в регенеративной неврологии. Первый – использование их в разработке лекарственных средств. Можно взять клетку кожи, сделать из нее плюрипотентную стволовую и запустить ее в работу как двигательный нейрон. Да, вот так просто, плюрипотентные стволовые клетки это действительно могут. Но главное, что таким образом мы можем наблюдать за клеткой, сравнивать ее поведение с поведением здоровых и зараженных нейронов в конкретном организме. У нас даже есть возможность трансформировать клетку таким образом, чтобы она светилась, так нам удобнее будет наблюдать за ней. Используя этот трюк, мы провели исследование и выявили, что поврежденные нейроны гибнут в 2,5 раза чаще здоровых. Это потрясающий метод для ведения фармакологических разработок, раньше такого и представить себе было нельзя.
Второй момент касается непосредственного использования стволовых клеток для терапии. Напомню, что наш мозг и сам по себе содержит стволовые клетки, и все, что нам нужно сделать, это расшевелить их, чтобы восстановление шло быстрее. Я расскажу в двух словах, максимально просто, но вы должны понимать, что этот эксперимент длился пять лет и стоил мне множества седых волос. Мы ввели стволовые клетки внутривенно пациентам с рассеянным склерозом – это были клетки, полученные из тканей их собственного костного мозга. Для тестирования выбрали показатели работы зрительного нерва, потому что у больных с этим диагнозом, к сожалению, зрение очень сильно страдает. Так вот, в течение года до начала эксперимента зрение у испытуемых плавно ухудшалось (мы провели три замера: за 12 месяцев, за 6 месяцев и непосредственно перед введением клеток). После введения показатели резко пошли вверх (2 замера – 3 и 6 месяцев после). Я и сам не думаю, что такой эффект возник благодаря тому, что введенные клетки заменили миелиновую оболочку нервных волокон, нет. Полагаю, это и было стимуляцией активности собственных стволовых клеток мозга, тем самым пинком для них: просыпайтесь, работайте, создавайте миелин. Это потрясающе.
Предоставлю слово Джону.
Джон: Надеюсь, когда-нибудь ваши исследования помогут таким людям, как я, вернуться к нормальной полноценной жизни, ребята. |
Я хотел бы поблагодарить Джона за то, что он принял участие в нашей беседе, и одновременно сказать ему и другим людям с таким или похожими диагнозами: я вижу перспективу. Думаю, день, когда мы по-настоящему сможем помогать вам, ближе, чем кажется. Спасибо!
Источник
Чтобы восстановить нервные клетки, применяют разные методы, в том числе такие, как терапия стволовыми клетками, стимуляция естественного нейрогенеза лекарственными средствами. Разрушение мозговых структур происходит в результате гипоксически-ишемических процессов, интоксикаций, нейродегенеративных заболеваний, черепно-мозговых травм. Повреждение мозгового вещества ассоциируется с нарушением функций мозга и соответственно деятельности всего организма. Речь идет о расстройствах двигательной, когнитивной и поведенческой сферы. Чтобы восстановились нервные клетки, требуется не один год, что объясняет длительность реабилитации после перенесенного инсульта или травматического повреждения мозгового вещества.
Характеристика нервной ткани
Механизм восстановления нервных клеток предусмотрен природой. Еще на стадии эмбриогенеза (внутриутробного развития плода) образуется большое число нейронов. Около 70% клеточных элементов мозгового вещества гибнет до рождения ребенка. Запрограммированная на генетическом уровне гибель части клеточных элементов мозгового вещества продолжается на протяжении всей жизни.
Пластичность тканей, образующих нервную систему, поддерживает компенсаторную функцию. Когда одни структурные единицы мозгового вещества погибают, другие берут на себя выполнение их функций. В результате повышения активности оставшихся нейронов формируются новые синаптические связи, благодаря которым удается восстановить деятельность отделов головного мозга, отвечающих за такие функции, как движение, мышление, речь, память.
Наблюдение за пациентами, страдающими болезнью Паркинсона, показывает, что признаки заболевания (невозможность удерживать равновесие, неустойчивость, шаткость походки, тремор конечностей и головы) выраженно не проявляются пока не погибнет более 90% нейронов. Из чего можно сделать вывод, что 1 нейрон способен брать на себя функции погибших 9 структурных единиц мозгового вещества. Компенсаторные механизмы действуют в совокупности с механизмом естественной регенерации мозгового вещества, который получил название нейрогенез.
В ходе нейрогенеза организму удается самостоятельно восстанавливать нервные клетки, которые образуются в веществе головного мозга из стволовых клеточных элементов, как отражение процесса репарации живых тканей. Исследования подтверждают возможность миграции стволовых клеток-предшественниц нейронов от места образования в желудочковой системе до обонятельной луковицы.
Нейрогенез у взрослых
В процессе нейрогенеза происходит формирование новых клеточных элементов мозгового вещества. Нейрогенез – адаптивная функция, которая направлена на образование новых нейронов и восстановление функций головного мозга, нарушенных в результате повреждения нервной ткани. Нейрогенез отражает пластичность нейрональных структур. Факторы, стимулирующие нейрогенез:
- Обучение, усвоение нового материала.
- Благоприятная экологическая обстановка.
- Регулярные физические нагрузки.
К неблагоприятным факторам, замедляющим нейрогенез, относятся стрессы, депрессивные расстройства, что связано с повышением концентрации стрессовых гормонов глюкокортикостероидов. У взрослых людей зоны нейрогенеза ограничены зубчатой извилиной в области гиппокампа и латеральными (находящимися дальше от срединной плоскости) стенками правого и левого мозговых желудочков.
На этих участках образуются клеточные элементы – предшественники нервной ткани, способные к самообновлению. В процессе обновления клеток происходит дифференциация исходных стволовых клеточных элементов в основные типы клеток, образующих нервную систему. Исследования показывают, на нейрогенез положительно влияют факторы – благоприятное микроокружение на нейрогенных участках и аккумуляция астроцитов.
С возрастом нейрогенез замедляется, что объясняет ухудшение когнитивных функций в пожилом возрасте. Действие таблеток, улучшающих нейрогенез, направлено на стимуляцию метаболических процессов на клеточном уровне и трофики (питания) мозгового вещества. К препаратам, стимулирующим нейрогенез, также относят антидепрессанты Сертралин, Флуоксетин, дофаминомиметик Прамипексол, которые способствуют увеличению концентрации нейромедиаторов серотонина и дофамина.
Особенности регенерации нервных клеток
Регенерация нейронов коркового слоя происходит посредством слияния нейронов с олигодендроцитами (вид клеток нейроглии). Олигодендроциты впервые описаны испанским нейробиологом П. дель Рио-Ортега. Эти клеточные элементы по-другому называются олигодендроглия, присутствуют исключительно в тканях центрального отдела нервной системы (структуры мозга – головного и спинного).
Большая часть клеточных элементов в мозговом веществе – нейроглия. Когда происходит повреждение участка мозга из глиальных клеток формируется рубцовая ткань, заполняющая пространство с погибшими нейронами. Олигодендроциты образуют миелиновую оболочку, которая защищает волокно аксона от повреждений и улучшает передачу нервных импульсов. В результате объединения нейрона и олигодендроцита формируется клеточный элемент с двумя ядрами разного типа, который получил название гетерокарион.
Исследования показывают, что ядро олигодендроцита в рамках гетерокариона подвергается перепрограммированию. Результатом процесса перепрограммирования становится ядро олигодендроцита, которое по структурно-морфологическим признакам неотличимо от ядра нейрона. В частности, идентичными становятся такие характеристики, как размеры, форма, структура хроматина (нуклеопротеид, составляющий основу хромосом).
Преобразованные ядра олигодендроцитов экспрессируют (преобразуют наследственную генетическую информацию в функциональный продукт – белковое соединение или РНК) нейрональные маркеры, которые получили название NeuN и MAP2. Параллельно наблюдается увеличение скорости транскрипции (процесс продукции РНК на основе матрицы ДНК, перенос генетической информации с ДНК на РНК), как это происходит в ядрах нейронов.
По такому принципу происходит восстановление мозга. Завершение процесса перепрограммирования знаменуется формированием второго ядра нейрона, которое расширяет функциональные возможности клетки мозгового вещества. В результате происходит регенерация нервной ткани репаративного и физиологического характера, что подразумевает восстановление структуры и функций вещества мозга.
Стволовые клетки нейронального происхождения открыли в 1992 году, что обусловило изучение процессов регенерации мозга. Результатом исследований стало подтверждение способности нервной ткани к восстановлению. Процесс слияния нейрона и олигодендроцита прослеживается в ходе лазерного, конфокального и сканирующего микроскопического обследования.
Плазматическая мембрана, расположенная в центральной части двухъядерной клетки, растворяется, что приводит к слиянию. Ядро олигодендроцита в двухъядерной клетке постепенно становится идентичным ядру нейрона. У нейронов самая большая скорость транскрипции, если сравнивать с другими клетками, образующими ткани организма. В результате процесса массового объединения олигодендроцитов с нейронами происходит увеличение количества нейрональных геномов при сохранении количества нейронов.
Нейрональные геномы поддерживают нейрональные функции. При сохранении исходного количества нейронов и увеличении числа нейрональных геномов в рамках увеличения числа двухъядерных клеток суммарно возрастает функциональная способность нервной ткани. Подобные механизмы компенсируют гибель нервных клеток в результате травматического повреждения или воздействия других разрушающих факторов (кислородная недостаточность, интоксикации). Нормальный онтогенез (индивидуальное развитие организма) предполагает восстановление нейронов после перенесенных заболеваний.
В результате слияния с олигодендроцитами сохраняются нейроны и образованные ими синаптические связи. Второе ядро клетки служит отправной точкой для образования новых синапсов, число которых может превышать тысячи. Один из методов восстановления мозгового вещества основан на применении кератинов – белковых соединений, которые входят в состав волос и ногтей.
Исследования проводились в США (штат Северная Каролина) в медицинской школе при университете Уэйк Форест (Wake Forest). Кератин стимулирует активность глиальных клеток, которые участвуют в регенерации мозгового вещества. В ходе эксперимента окончания поврежденного нерва соединили при помощи кератинового клея, что привело к их сращиванию и восстановлению функций.
Клеточная терапия
Клетки мозга восстанавливаются после травматического повреждения мозгового вещества при помощи клеточной терапии. Методика подразумевает применение стволовых клеток, которые поддерживают факторы роста нервной ткани. Стволовые клетки обеспечивают продукцию нейротрофинов (белки, поддерживающие жизнеспособность нейронов, обеспечивающие их развитие и активность), дифференцируются в нейроны и глиальные клетки.
Лекарства замедляют нейродегенеративные процессы, методы, восстанавливающие клетки головного мозга, применяют в комбинации с фармацевтическим лечением. Травмы в области головы часто становятся причиной инвалидности или летального исхода. При черепно-мозговой травме повреждается вещество мозга и многочисленные отростки нейронов, которые находятся за пределами патологического очага. В результате частично или полностью повреждаются проводящие пути и синаптические связи.
Чтобы восстановить нейронные связи головного мозга, применяют методики, направленные на стимуляцию репаративных процессов и усиление экспрессии ряда генов, например, таких как гены, отвечающие за нейротрофические факторы. Для восстановления клеток головного мозга проводят процедуры – трансплантацию фетальной (плодной) нервной ткани и терапию стволовыми клетками. Преимущества процедуры трансплантации:
- Трансплантаты участвуют в анатомической реконструкции мозгового вещества.
- Клетки трансплантатов образуют синаптические контакты с нейронами реципиента, что способствует восстановлению нейронных связей.
- Клетки трансплантата продуцируют нейротрофины и факторы роста структурных единиц мозгового вещества.
Первые исследования в рамках трансплантации нервной ткани проводились с целью коррекции недостатка нейромедиаторов – дофамина, серотонина и других. Дефицит нейромедиаторов образуется как следствие нейродегенеративных заболеваний (например, болезнь Паркинсона) и травм в зоне головы.
Трансплантация стволовых структурных единиц мозгового вещества считается более эффективной процедурой из-за большей способности клеток-предшественниц нейронов к пролиферации и дифференцированию. В результате быстрее формируются устойчивые синаптические связи с нейронами реципиента.
Нейроны, составляющие основу головного мозга, восстанавливаются естественным образом в процессе нейрогенеза или при помощи современных технологий, которые стимулируют регенерацию мозгового вещества. Применение новейшик методик возможно только при строгом соблюдении рекомендаций врача.
Просмотров: 214
Источник