Грегуар Куртен: Парализованные крысы могут ходить

Я нейробиолог, специализируюсь на физике и медицине. Моя лаборатория в Швейцарском федеральном институте технологии занимается повреждениями спинного мозга, которые поражают более 50 тысяч человек во всем мире каждый год, с ужасными последствиями для пораженных людей — их жизнь разрушается буквально в считанные секунды.

Больше всех привлек мое внимание к страданиям людей, имеющих травму позвоночника, Супермен, Кристофер Рив. И вот так я начал свое путешествие в эту область исследований, работая с организацией Кристофера и Даны Рив.

Я до сих пор помню решающий момент. Это был конец обычного рабочего дня в организации. Крис обратился к нам, ученым и специалистам: «Вы должны быть более прагматичными. Завтра, когда вы выйдете из лаборатории, я хочу, чтобы вы остановились у реабилитационного центра и посмотрели на травмированных людей, сражающихся за каждый свой шаг, старающихся держать свое тело прямо. И на пути домой подумайте, что вы измените в своих исследованиях, чтобы сделать их жизни лучше».

Эти слова задели меня. С тех пор прошло более 10 лет, но моя лаборатория до сих пор придерживается прагматичного подхода в лечении травм позвоночника. Моим первым шагом в этом направлении было развитие новой модели повреждения позвоночника, которая бы более точно копировала ключевые черты повреждения человека, предлагая легко контролируемые экспериментальные условия. Для этой цели мы осуществили половинное поражение спинного мозга. Это абсолютно прервало связь между головным и спинным мозгом, что привело к полному и постоянному параличу обеих ног. Но, как было обнаружено, после большинства травм в организме человека образуется промежуточный разрыв неповрежденных нервных тканей, где и может произойти выздоровление. Но как это осуществить?

Итак, классический подход состоит из проводимого вмешательства, способствующего восстановлению порванных тканей в их обычное положение. Хотя это долго оставалось ключевым методом лечения, это казалось мне слишком сложным. Чтобы достигнуть клинического успеха быстро, очевидно, нужно взглянуть на проблему с другой стороны.

Оказалось, что более 100 лет исследований физиологии спинного позвоночника, начавшиеся еще с Нобелевской премии, врученной Шеррингтону, показали, что здоровый спинной мозг содержит достаточное количество необходимых нервных соединений для координации движений, но так как вывод сигналов из мозга прерван, они не могут функционировать и находятся как будто в спячке. Моя идея: разбудить эти нервные сети.

В то время я работал в докторантуре в Лос-Анджелесе после того, как получил степень кандидата наук во Франции, где независимое мышление не было обязательным требованием. Я боялся поговорить с моим новым начальником, но все-таки решил собрать свою волю в кулак. Я постучал в дверь к моему замечательному руководителю Регги Эджертону, чтобы поделиться с ним моей новой идеей.

Он выслушал меня внимательно и ответил с улыбкой: «Почему бы вам не попробовать?»

Я вам клянусь, это был настолько важный момент в моей карьере, когда я осознал, что великий руководитель поверил в молодого парня и его новые идеи.

Итак, вот какой была эта идея: я использую простую метафору, чтобы объяснить замысловатую идею. Представьте, что опорно-двигательный аппарат это машина. А спинной мозг — это двигатель. Передача прервана. Двигатель перестал работать. Как повторно завести двигатель? Во-первых, нужно заправить машину; во-вторых, нажать на педаль газа; в-третьих, переключить коробку передач. Оказалось, что есть известные нервные связи, идущие от мозга, которые выполнят эту самую функцию во время двигательной активности. Моя идея: заменить этот отсутствующий сигнал, и тем самым подвергнуть спинной мозг определенным вмешательствам, как будто мозг естественным образом отправляет сигнал ходить.

Для этого я использовал 20 лет исследований в неврологии, во-первых, чтобы заменить отсутствующее топливо фармакологическими средствами, которые подготавливают нервные окончания спинного мозга к работе, и во-вторых, чтобы заменить педаль газа электрическим стимулятором. Итак, представьте себе электрод, вживленный в заднюю часть спинного мозга, чтобы передавать безболезненные стимулирующие сигналы. Мы потратили много лет, но в конце концов разработали электрохимический нейропротез, передающий нервные сигналы в спинной мозг и выводящий его из спячки в активно функционирующее состояние. Парализованная крыса сразу же смогла встать. Как только беговое полотно начинает двигаться, животное демонстрирует координированное движение ног, но без участия мозга. То, что я назвал «спинной мозг», когнитивно перерабатывает сенсорную информацию, поступающую из ног, находящихся в движении и принимает решения, как работать мышцам для того, чтобы стоять, идти, бежать и даже во время быстрого бега мгновенно остановиться, если беговая дорожка перестает двигаться.

Это было удивительно. Я был совершенно поражен этой двигательной активностью без участия мозга, но в то же время так отчаян. Эта двигательная активность была абсолютно ненамеренной. Животное фактически не контролировало свои ноги. Несомненно, система управления отсутствовала. И затем мне стало очевидно, что мы должны отойти от классической системы реабилитации, ходьбы на беговой дорожке, и разработать условия, которые бы заставили мозг начать самостоятельно управлять ногами.

Имея это в виду, мы создали совершенно новую роботизированную систему для поддержания крысы в вертикальном положении. Вообразите, как это здорово. Итак, представьте маленькую 200-граммовую крысу, прикрепленную к окончанию этого 200-килограммового робота, но грызун не чувствует этого робота. Робот незаметен, как будто вы держите маленького ребенка во время его первых неуверенных шагов.

Давайте подведем итог. Крыса получила парализующее поражение спинного мозга. Электрохимические нейропротезы смогли обеспечить активно функционирующее состояние спинного опорно-двигательного аппарата. Робот обеспечивает безопасную среду, в которой крыса никак не задействует парализованные ноги. И для мотивации мы использовали, как я полагаю, наиболее сильную швейцарскую фармакологию: отличный швейцарский шоколад.

На самом деле, первые результаты были очень, очень, очень разочаровывающими. Мой лучший физиотерапевт совершенно не мог подвигнуть крысу сделать хоть один шаг, в то время как такая же крыса 5 минут ранее превосходно ходила на бегущей дорожке. Мы были так расстроены.

Но, как вы знаете, одно из самых важнейших качеств ученого — это упорство. Мы продолжали гнуть свою линию. Мы усовершенствовали нашу систему, и после нескольких месяцев тренировок парализованная крыса смогла стоять и, когда бы она ни захотела, вставала на все лапы и добегала до награды. Это первое в истории выздоровление произвольных движений ног, после экспериментального повреждения спинного мозга, полного и постоянного паралича ног.

Фактически, крысы могли не только стимулировать и поддерживать свое передвижение по земле, они даже могли корректировать движение ног, например, сопротивлялись давлению, чтобы подняться по лестнице. Я могу поклясться вам, что это был чрезвычайно эмоциональный момент в моей лаборатории. 10 лет мы упорно трудились, чтобы достичь этой цели.

Но оставался вопрос. Как? То есть, как это возможно? То, что мы обнаружили, было совершенно неожиданным. Эта новая система тренировок заставляла мозг создавать новые соединения, релейные схемы, отправляющие информацию из мозга, восстанавливали травму и контроль мозга над здоровыми соединениями опорно-двигательного аппарата. Здесь можно увидеть пример: мы выделили красным цветом исходящие из мозга нервы. Голубой нейрон соединен с опорно-двигательным центром и эта совокупность синаптических контактов означает, что мозг восстановил связь с опорно-двигательным аппаратом с помощью одного релейного нейрона. Но лечение не ограниченно только этой зоной поражения. Оно проходит через всю нервную систему, включая и мозговой ствол, где, как мы обнаружили, вплоть до 300% увеличивается плотность нервных волокон, идущих от мозга. У нас не было цели восстановить спинной мозг, однако мы смогли стимулировать одну из наиболее обширных реконструкций аксональных проекций центральной нервной системы взрослых млекопитающих после травмы.

Есть и очень важный вывод, скрытый за самим открытием. Это результат работы молодой и очень талантливой команды ученых: физиотерапевтов, нейробиологов, нейрохирургов, инженеров различных областей, все они вместе достигли того, что не могло быть осуществлено одним человеком. Это действительно высококвалифицированная команда. Они работают так тесно, что даже передают друг другу ДНК. Мы готовим новое поколение докторов медицины и инженеров, способных развивать науку от исследований до самих пациентов. А что я? Я всего лишь маэстро, дирижирующий эту красивую симфонию.

Я уверен, сейчас вы задаетесь вопросом, поможет ли это больным людям? И я тоже, каждый день. На самом деле, у нас еще мало информации. В общем, это не лечение травмы спинного мозга, но я начинаю верить, что это может привести к усовершенствованию методов лечения и качества жизни людей.

Мне бы хотелось, чтобы вы все разделили этот момент и помечтали со мной. Представьте себе человека, только что получившего травму спинного мозга. После нескольких недель реабилитации мы вживим запрограммированную помпу для переноса личной фармакологической смеси прямо в его спинной мозг. Затем мы имплантируем электронную установку, которая, как вторая кожа, покроет зону спинного мозга, контролирующую движение ног, и эта установка, прикрепленная к электрическому импульсному генератору, передает импульсы, соответствующие нуждам человека. Это показывает, как личный электрохимический нейропротез сделает возможным двигаться в течение тренировки с помощью новой поддерживающей системы. Я надеюсь, что несколько месяцев тренировок будет достаточно для восстановления оставшихся соединений, чтобы позволить двигаться без робота и, возможно, даже без лекарств или стимуляции. Я надеюсь, мы сможем создать персонализированное состояние для повышения гибкости деятельности спинного и головного мозга. И это радикально новая концепция, которая может быть применима к другим неврологическим нарушениям. Я назвал ее «персонализированное нейропротезирование». Она сочетает считывание и стимуляцию нейронных интерфейсов, вживленных в нервную систему, в головной и спинной мозг, и даже в периферических нервах, основанных на индивидуальных патологиях. Но не для замены утраченной функции, а чтобы помочь мозгу самостоятельно восстановиться.

Я надеюсь, это привлечет ваше внимание, потому что я могу пообещать вам, вопрос не в том, свершится ли эта революция, а вопрос — когда она свершится. И помните, наша сила в изобретательности и мечтах.

Перевод: Екатерина Сараева

Источник