Ангел и убийца. Микрочастица мозга, изменившая медицину - Донна Джексон Наказава

В наши дни как в исследовательских лабораториях, так и в кабинетах практикующих врачей ученые изобретают новые и необычное методы для успокоения перевозбужденной микроглии, чтобы ее клетки вели себя так, как было предназначено природой: как ангелы-хранители мозга, а не как слепые и беспощадные убийцы.

Благодаря своей изумительной пластичности мозг чрезвычайно отзывчив к внешним воздействиям, когда мы понимаем, какими должны быть эти воздействия.

Сегодня не по сезону жаркий день для середины мая в Кембридже (штат Массачусетс), и температура достигает 35` оС. При такой жаре все замедляется. Листья на деревьях гинкго, лишь частично затеняющие старые кирпичные тротуары между Массачусетским технологическим институтом и Гарвардом, вяло обвисли. Пешеходы ныряют в дверные проемы, утирая пот со лба. Весь город как будто движется в замедленной съемке.

Но внутри серой стеклянной башни, в которой находится Институт памяти и обучения имени Пикауэра, царит благословенная прохлада. Доктор Ли Хуэй Цай, когнитивный нейроученый и директор института, с воодушевлением рассказывает о своем открытии 2016 года, которое продемонстрировало, что микроглию можно использовать для профилактики и даже регрессии разрушительных симптомов болезни Альцгеймера.

Мысль о том, что неустойчивые микроглиальные клетки можно «перезагрузить» для лечения пациентов с болезнью Альцгеймера, может показаться сюжетом из фантастического сериала «Звездный путь». Однако Цай и ее группа уже приступили к клиническим испытаниям на людях с помощью аппаратной неврологической методики под названием GENUS (аббревиатура от «гамма-захвата с помощью сенсорных стимулов»). Также она известна как «светодиодная гамма-терапия» и предназначена для перепрограммирования микроглиальных клеток таким образом, чтобы они стимулировали регенерацию синапсов и вычищали узелки и бляшки, характерные для нейродегенеративного заболевания под названием болезнь Альцгеймера[159].

Цай рассказывает о своем почти случайном открытии, когда мы сидим за большим овальным столом для совещаний в ее офисе. Между нами стоит коробка из прозрачного пластика длиной примерно 30 сантиметров, похожая на обычный пищевой контейнер. Внутри нее миниатюрная материнская плата с процессором прикреплена черной клейкой лентой к многочисленным проводам, подключенным к короткой черной палке с несколькими маленькими светодиодами.

Этот собранный вручную аппарат больше похож на научный проект ученика средней школы, сконструированный на кухонном столе, а не на выдающееся научное достижение. Но история его высокотехнологичной инженерии и открытие Цай, которое привело к сдвигу научной парадигмы, уже стала легендой среди нейроученых.

В 2015 году, когда Цай было около 55 лет, она размышляла о нескольких генах, которые, как было установлено, повышали вероятность развития болезни Альцгеймера. Она была очень огорчена. Десятки генетических мутаций играли роль на каждом этапе болезни, и она опасалась, что «их расшифровка будет продолжаться вечно». Как перейти от научных знаний к практическим методам, которые начннут помогать пациентам?

Цай подошла к проблеме болезни Альцгеймера с точки зрения компьютерного инженера.

– Мозг действительно функционирует как устройство для обработки информации, – говорит она, положив руки перед собой. – Он за считаные миллисекунды образует миллиарды недолго живущих соединений, которые постоянно занимаются пересылкой новой информации. Такая сложная обработка направляется ритмичными мозговыми волнами, которые упорядочивают группы нейронов в разных областях мозга, чтобы они могли выполнять отдельные задачи. Этот процесс похож на небольшой оркестр с разными группами музыкантов, которые исполняют свои партитуры, но в то же время эти группы должны работать в тандеме, под управлением одного дирижера, чтобы создавать гармоничную музыку.

Главным дирижером, который управляет всеми процессами, является электрическая сигнальная система мозга.

Цай и члены ее группы задавались вопросом: возможно ли, что первые признаки диссонанса в сигнальной системе мозга начинаются задолго до проявления первых симптомов болезни Альцгеймера?

Одним из способов изучения этой гипотезы, по ее словам, было измерение волновых ритмов мозга. Как выяснилось, ритм мозговых волн, известный как гамма-ритм, был «серьезно нарушен» на ранних стадиях болезни Альцгеймера. Гамма-волны играют важную роль в высших функциях мозга, связанных со вниманием, восприятием и памятью. Ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско продемонстрировали[160], что при болезни Альцгеймера нарушение активности гамма-ритма особенно заметно в областях мозга, связанных с комплексным мышлением, в том числе в гиппокампе и в префронтальной коре – областях, имеющих критически важное значение для памяти и внимания. Это навело Цай на интересную мысль.

– Я подумала: а что, если увеличить мощность гамма-волн и электрических сигналов в гиппокампе до того уровня, который существовал до болезни Альцгеймера?

Цай надеялась, что при изменении электрических сигналов она сможет изменить активность нейронов.

– О микроглии я тогда и не думала, – смеется она. – Я надеялась, что с помощью управления гамма-ритмом можно будет восстановить функциональность нейронов в гиппокампе.

В ходе исследований на животных Цай обнаружила[161], что световые импульсы частотой 40 герц, транслируемые непосредственно в гиппокамп (этот метод называется оптогенетикой), стимулируют нейроны. Однако он имел существенные недостатки.