В России разработали новые технологии для лечения заболеваний мозга и изучения механизмов старения. Их представили на форуме «Наука будущего — наука молодых» в Нижнем Новгороде. Среди разработок — молекулы-биосенсоры для выявления патологий и роботизированный комплекс для их лечения с помощью фокусированного ультразвука. Ученые также рассказали о «мини-мозгах» — органоидах, которые позволяют тестировать методы терапии и подбирать персонализированные препараты. При этом исследователи отмечают, что в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями важную роль играют собственные защитные механизмы организма.

Борьба с заболеваниями мозга и увеличение продолжительности жизни стали одними из ключевых направлений форума «Наука будущего — наука молодых». Ученые представили технологии для профилактики нейродегенеративных патологий, управления механизмами старения и превращения активного долголетия в медицинскую норму. Конференция начала работу 22 сентября и объединила представителей ведущих российских и зарубежных научных школ. Участники обсуждают разработки в широком спектре направлений — от нейротехнологий и биомедицины до квантовых технологий и искусственного интеллекта.

— Одна из причин старения — накопление воспалительного «мусора». Это неправильные или поврежденные клетки, которые образуются в организме на протяжении всей жизни. Чем старше человек, тем хуже работают системы их очистки, — рассказал завлабораторией системной медицины здорового старения Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского, почетный профессор иммунологии Болонского университета Клаудио Франчески.

Иммунная система воспринимает такой «мусор» как угрозу и запускает хроническую стерильную — то есть не связанную с внешней инфекцией — воспалительную реакцию. Со временем она становится постоянным фоном для организма, пояснил ученый.

По его словам, исследователи выделили молекулы-маркеры, по которым можно определить биологический возраст человека и отдельных органов. На основе этих данных системы ИИ способны с высокой точностью прогнозировать возможные причины смерти. Полученные результаты можно использовать для разработки стратегий лечения и коррекции образа жизни.

Особое значение имеют физическая активность и правильное питание. Еще один важный резерв здорового долголетия — микробиом кишечника. Он, в частности, влияет на работу мозга и участвует в развитии болезни Паркинсона и других патологий, отметил специалист.

— Исследования показывают, что старение нелинейно. Этот процесс характеризуют резкие переходы, вызванные молекулярными сдвигами. Они происходят на протяжении всей жизни, — объяснил профессор клинической биохимии в отделении биомедико-биотехнологических наук Медицинского института Университета Катании (Италия) Витторио Калабрезе.

В частности, чтобы исследовать патологические процессы в мозге, а также способы противодействия им, ученые выращивают «мини-мозги», рассказал исследователь. Это трехмерные ткани, выращенные из стволовых клеток человека, которые очень близки к строению центральной нервной системы и проходят те же стадии развития.

Такая технология позволяет моделировать в них процессы, происходящие в реальном мозге, в том числе при шизофрении, болезни Альцгеймера и аутизме, а также при воздействии вирусов. Например, группа под руководством Витторио Калабрезе с помощью таких систем показала, что полифенолы из морских водорослей способны защищать мозг от воздействия токсинов.

Как отметил руководитель лаборатории клеточной физиологии и патологии Научно-технического центра биомедицинской фотоники Орловского государственного университета им. И.С. Тургенева, профессор Института неврологии Университетского колледжа Лондона (Великобритания) Андрей Абрамов, зачастую при нейродегенеративных заболеваниях ученые наблюдают соединение белков в неправильные крупные молекулы — олигомеры, которые обладают высокой токсичностью.

— Они очень быстро убивают нейроны мозга и, более того, могут распространяться. Если посадить такой неправильно свернутый белок в окружение мозговых клеток, он, как прион (инфекционный агент, который не содержит ДНК или РНК. — Ред.), начинает в них воспроизводиться, и происходит процесс, похожий на заражение, — пояснил ученый.

Кроме того, накапливаясь в клетках, олигомеры нарушают процесс утилизации поврежденных митохондрий — органелл, отвечающих за производство энергии. В результате митохондрии начинают вырабатывать избыточное количество активных форм кислорода, что также приводит к повреждению нейронов.

По мнению Андрея Абрамова, в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями лучше опираться на собственные защитные системы организма. Например, заниматься физической активностью. Даже короткие упражнения запускают митофагию — очищение клеток от поврежденных митохондрий.

В России развивают большое количество передовых технологий по изучению мозга и противодействию заболеваниям, связанным с нарушением его работы, рассказал директор Федерального центра мозга и нейротехнологий Федерального медико-биологического агентства, член-корреспондент РАН Всеволод Белоусов. В их числе — молекулы-биосенсоры. Они светятся когда реагируют на повышение уровня перекиси водорода и других молекул, что указывает на недостаток кислорода в мозговых тканях.

Еще российские специалисты научились воздействовать на терморецепторы человека — белки, которые обычно отвечают за ощущение тепла и холода, сообщил специалист. Эти структуры можно встраивать в некоторые нейроны, а затем активировать последние, воздействуя на терморецепторы лазером или ультразвуком. Эксперименты показали, что метод позволяет бороться с очаговыми формами эпилепсии.

Одна из перспективных разработок — роботизированный комплекс для лечения патологий головного мозга с помощью ультразвукового «скальпеля», рассказал Всеволод Белоусов. Технология предполагает операции без разрезов и вскрытия черепа.

— В сотрудничестве с индустриальным партнером проведена разработка роботизированного комплекса, который способен воздействовать не только на глубинные, но и на более поверхностные области мозга. При этом за счет ультразвуковой навигации прибор обладает высокой точностью, что позволит использовать его в любой нейрохирургической операционной. В настоящее время завершается постановка комплекса на производство, — поделился Всеволод Белоусов.

Также ученый рассказал о биопечати участков мозга с заданной архитектурой для изготовления имплантатов. Для этого используют технологию послойного нанесения гидрогеля и специальные каркасы с направленными волокнами. Они «заставляют» нейроны расти в нужном направлении, что важно для правильного воссоздания участков мозга, утраченных в результате инсульта или травмы.

Форум продлится четыре дня. В его рамках также представят новые материалы для энергетики и промышленности, обсудят климатические проблемы и перспективы развития биотехнологий.