Ознакомительная версия.
Благодаря оптогенетике теперь такая возможность появилась. В 2008 году Дейсерот и его студенты начали работать с мышами, половина мозга которых была поражена болезнью Паркинсона. Применяя инструменты оптогенетики, они блокировали возбуждение субталамических ядер у одной группы лабораторных мышей и одновременно стимулировали вспомогательные нервные клетки у другой. Если зверьки в одной из групп начнут двигаться нормально, как здоровые особи, сразу станет ясно, какая из двух гипотез верна.
Однако, к смущению и тревоге экспериментаторов, ни в одной из двух групп мыши не стали двигаться нормально. Ничего не изменилось. Совершенно.
Однако двое выпускников из команды Дейсерота – Вивиана Градинару (Viviana Gradinaru) и Муртаза Могри (Murtaza Mogri) – на этом не остановились. Существовала еще третья гипотеза: аксоны субталамических ядер стимулирует электрический ток – вследствие чего восстанавливается нормальная деятельность нервных клеток. Проверить это предположение было труднее, потому что работать предстояло не с клетками нервных ядер, а с их аксонами. То есть примерно то же самое, что играть на пианино, но удары по клавишам должны передаваться не непосредственно касающимся струн молоточкам, а другим – тем, которые будут бить по последним.
Опыт за опытом проваливались. «То было время разочарований, – писал мне Дейсерот. – По этой причине проект почти закрыли: мы никак не могли показать те результаты, которые имели бы терапевтическое значение». И вдруг – как раз тогда, когда они были почти готовы все остановить (оставалась лишь последняя группа мышей, предназначенных для эксперимента), – все получилось. Мышь пошла. Лиза Гунайдин (Lisa Gunaydin), одна из членов команды, рассказывала об этом так: «Мы прыгали до потолка, потому что немедленно поняли, какого результата добились. Разница, по сравнению с прежними опытами, была принципиальная». В научной статье, опубликованной в апреле 2009 года, Градинару писала: «Эффект был явно выраженным. Практически во всех случаях лабораторные животные, имевшие выраженные признаки паркинсонизма, полностью восстанавливались и обнаруживали поведение, неотличимое от нормального» [125] .
Самое главное заключалось в том, что ученые смогли устранить симптомы болезни. И добиться этого удалось с помощью электрического тока. Не менее важной стала и ясность с тем, какие именно участки мозга требуют вмешательства. Иными словами, благодаря оптогенетике терапевтическое воздействие на мозг можно было сделать целенаправленным и абсолютно точным. Прощайте, побочные эффекты!
Вернувшись в Массачусетский технологический, Эд Бойден поставил на повестку дня очевидный вопрос: насколько все это применимо к людям? Имелись основания полагать, что может быть применимо. Природа стремится сохранить структуры, показавшие свою жизнеспособность. В процессе эволюции многоклеточные организмы вырабатывают энзимы, катализирующие основные обменные процессы в клетках. Существа, находящиеся на более высоких уровнях развития, в своей жизнедеятельности стремятся использовать эти природные катализаторы – вместо того, чтобы начинать все, так сказать, с чистого листа. Человеческий мозг сложнее мышиного, но допамин у нас в головах работает примерно так же. Фактически, гены любого из нас и скромного моллюска Aplysia (морской заяц) совпадают примерно наполовину – и это значит, что основные биохимические процессы мало чем различаются. Гены человека и мыши совпадают почти на 90 %. Следовательно, если что-то получилось в эксперименте с последней, то есть шанс на успех и с первым.
Однако Бойден не мог так легко экспериментировать на людях. Представьте, что вы говорите пациенту с болезнью Паркинсона: «Мы намерены генетически изменить ваш головной мозг инъекцией вирусов, содержащих гены, взятые у водорослей. А затем мы введем вам под череп источник света…» Несомненно, человек потребует некоторые данные, подтверждающие безопасность этих действий для подопытного!
В 2008 году Бойден и Хан начали экспериментировать с макаками-резусами, мозг которых относительно близок к человеческому. Ученые вводили жидкость с вирусами в небольшие области переднего мозга (forebrain) обезьян и при помощи оптоволоконного кабеля воздействовали на них сине-голубым и желтым светом. Одна из подопытных была на особом положении: ее нервные клетки засвечивали по несколько минут ежедневно – неделя за неделей в течение девяти месяцев. Как и надеялись экспериментаторы, нейроны возбуждались и успокаивались точно по команде. И спустя указанное время нервные клетки этой макаки остались неповрежденными и могли нормально функционировать [126] .
Последнее обстоятельство было критически важным. Оно свидетельствовало, что генетические изменения не причинили обезьянам вреда. В 1999 году девочка-подросток по имени Джесси Джелсингер (Jesse Gelsinger) умерла в клинике при лечении болезни печени с помощью генной терапии. Причиной ее гибели стала реакция иммунной системы на введенный врачами вирус. Ни один из тех, кто занимается генной терапией, никогда не забывает о Джесси.
Однако обезьянки были в полном порядке. Их мозги не повредились. Бойден и Хан сообщили о полученных результатах в апреле 2009 года. Джейми Хендерсон (Jaimie Henderson), нейрохирург из Стэнфорда, нашел эту новость весьма многообещающей. Для глубокой стимуляции мозга он часто имплантировал электроды пациентам с болезнью Паркинсона, поэтому ограничения данного метода были ему хорошо известны. Как и Дейсерот, он хотел делать больше. Значит, исследования в области оптогенетики следовало превратить в технологию, применимую на практике.
Хендерсон сделал технический рисунок устройства, чем-то напоминавшего эскимо, уменьшенное втрое. Оно представляло собой контроллер размером со спичечный коробок, подсоединенный к стержню. На верхушке последнего были смонтированы четыре светодиода. Ученый попросил коллегу-физика из того же Стэнфордского университета сделать опытный образец. Теперь этот прибор стоял на рабочем столе Хендерсона, ритмически – по щелчку выключателя – загораясь сине-голубым светом. Очень симпатичный прибор. Отличное воплощение принципов нейротехнологии.
Глубокая стимуляция мозга требует ввести электроды на глубину в несколько дюймов. Нелегкая задача, если на стержне помещены четыре светодиода. Однако работа Градинару и Могри открыла одну заманчивую возможность. Они доказали необходимость стимулирования аксонов, связанных с субталамическими ядрами. И эти аксоны подходят очень близко к поверхности мозга. Следовательно, можно «заякорить» электрод прямо под черепом. И тогда же ввести внутрь мозговой ткани необходимые гены. Элегантное и точное технологическое решение вкупе с несложной хирургической операцией.
Но Хендерсон понимал, что до широкого практического применения еще далеко. В 2009 году соответствующие опыты над приматами начались в Стэнфордском университете. В случае успеха ученые должны обратиться в Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарств США (FDA – Food and Drug Administration) и получить разрешение на продолжение опытов, но уже на людях. Если все пойдет хорошо, то оборудование, имеющее коммерческую ценность и предназначенное для выхода на рынок, появится, возможно, лет через пять или чуть больше. И лечение болезни Паркинсона при этом окажется только началом. Так сказать, тем плодом, который висит на нижней ветке.
Напомним: оптогенетика может целенаправленно воздействовать на нейроны, возбуждая их на очень ограниченном участке мозговой ткани – объемом в один-два кубических миллиметра. Эта технология позволяет не только возбуждать нервные клетки, но и блокировать их возбуждение . Воздействие при этом может быть избирательным , учитывающим тип нейронов, а также исключительно точным , попадающим в строго определенную зону мозга. Фактически, если применять оптоволоконный кабель, пучок света может быть настолько узким, что с его помощью импульс получит только одна нервная клетка [127] . Не так уж трудно представить, что когда-нибудь возможно применение и мультифасетного оптоволоконного кабеля – для направления лучей света не на один, а сразу на несколько нейронов-мишеней.
Исключительно высокий уровень контроля при целенаправленном воздействии. Но оптогенетика дает даже больше. Эта технология позволяет отслеживать еще и активность мозга. Ключ – в работе Тсьена, за которую он получил Нобелевскую премию. Помните, он отказался от ченнелродопсина и несколько изменил направление своих исследований? Посредством специальной инъекции в нейроны мыши вводился другой ген – и оказалось, что нервные клетки при возбуждении могут светиться. Ученые получили возможность следить за активацией нейронов через тот же самый оптоволоконный кабель, по которому передаются импульсы света. Иначе говоря, его можно использовать и как объектив: не только «записывать» что-то в определенную область мозга, но и «считывать» происходящее там. Словом, теперь в распоряжении ученых есть двусторонний поток данных [128] .
Ознакомительная версия.
