Нейроинженерия в Украине: исследования, изменяющие медицину

Человек, который силой мысли может руководить механизмами. Искусственные конечности, способные полностью, и даже лучше, выполнять функции человеческих рук и ног. Микроскопические, на молекулярном уровне созданные структуры, которые могут выключать острую и хроническую боль. Все это еще совсем недавно было чем-то из научной фантастики. Сегодня эти технологии уже выходят из научных лабораторий, чтобы просто сейчас или в ближайшем будущем улучшать жизнь людей. Особенно если этому бросает вызов какая-то травма или болезнь. Создают чудеса, которые уже в скором времени могут стать привычными, ученые, работающие в области нейроинженерии.

Нана Войтенко — одна из ведущих ученых в Украине, занимающихся исследованиями мозга. Нейробиолог, доктор биологических наук, профессор, ректор частного заведения высшего образования «Академія Добробут», профессор кафедры биомедицины и нейронаук Киевского академического университета МОН и НАН Украины. Среди ее научных интересов ведущий — природа боли и способы ее преодоления. Она также разрабатывает методы восстановления функций нервной системы средствами нейроинженерии.

Однако Нана Войтенко не только занимается наукой, но и популяризирует ее — именно она начала проведение Недель мозга в Украине. Такие мероприятия организуют во всем мире ежегодно в конце марта, чтобы популяризировать современные исследования в области нейробилогии. Из многолетних наблюдений за теми, кто приходит на лекции на Неделях мозга, она уверенно делает вывод: даже при самых тяжелых потрясениях интерес людей к нейробиологии не исчезает. «Наоборот, — говорит пани Войтенко, — сейчас, когда три года идет полномасштабная война, люди особенно заинтересованы в знаниях о своей нервной системе. И мы стараемся именно об этом рассказывать на наших лекциях: что происходит в мозгу во время стресса, что представляют собой посттравматические расстройства, можно ли это как-то контролировать. В этом году я читала лекцию о том, как нейроинженерия помогает восстанавливать функции нервной системы, если она как-то повреждена».

— Нана Владимировна, но мы же уже давно привыкли к мифу, что нервные клетки не восстанавливаются?

— Здесь речь идет не о восстановлении самих нервных клеток — нейронов, потому что они восстанавливаются, конечно, но этот процесс очень медленный. И, в принципе, если разрушено тело нейрона, то оно не может восстановиться. Мы занимаемся восстановлением аксонов — отростков нейрона, которые передают нервный импульс в тканях. Если поврежден аксон, даже если его просто отрезать, он может восстановиться, но ему нужно помочь. Для этого мы с помощью 3D-печати создаем скафолды — микроскопические каркасы, имплантируем их, и они помогают аксону регенерировать.

— Вы — один из ведущих специалистов в Украине по изучению природы боли и разработке методов обезболивания. Это направление сейчас особенно актуально для Украины. Что нового здесь может предложить отечественная и мировая наука?

— Мы вышли на то, что можем перепрограммировать нейроны, чтобы они начали снижать уровень хронической боли. Например, с помощью вирусных конструкторов мы можем доставлять в нейроны генетические блокираторы определенных молекулярных механизмов, которые запускают хроническую боль, в частности при диабетических нейропатиях. В этом случае одной такой инъекцией мы можем блокировать проведение боли. Возможно, на первый взгляд, для широкой массы звучит странно, что вирусные конструкторы и генетические блокады могут лечить. Ведь вирусы у нас ассоциируются прежде всего с болезнями, в частности и очень тяжелыми, а любые генетически-модифицированные структуры пугают обычного человека из-за массированной пропаганды, направленной против ГМО. Поэтому, среди прочего, наши лекции на Неделях мозга как раз и призваны объяснить людям: сейчас наука уже развилась до такого уровня, что мы можем использовать вирусы как маленькие машинки для доставки генетического материала туда, куда нам нужно. Ведь что такое вирус? У него есть оболочка, которая может проникнуть вглубь клетки и там размножить свой генетический аппарат — то, что содержится в оболочке. И обычно этот генетический аппарат направлен на то, чтобы эту клетку убить или как-то в нее встроиться, мешая ей правильно работать. Но если взять от этого вируса только оболочку (есть вирусы-оболочки, достаточно нейтральные для человеческого организма, например, аденоассоциированные вирусы) и вместо вредного генома встроить в нее геном того, что нам нужно, то он будет встраиваться в эти клетки. И, например, мы можем в каких-то клетках подавить ген (не уничтожить, а именно остановить его работу), отвечающий за проведение боли. А клетка при этом функционирует нормально, потому что этот генетический материал сделан так, что будет действовать только там, где нам нужно. У него не будет побочных эффектов, потому что ни на что другое он влиять не может.

— Изобретения в современной нейроинженерии граничат с фантастикой — создание каналов непосредственной связи человеческого мозга с компьютером. Или протезы, способные функционировать как полноценный орган. Удалось футуристические прогнозы приблизить к реальности?

— Да. Есть очень много болезней, которые могут вызвать паралич у человека. Он не может двигаться, но его мозг соответствующие сигналы генерирует. Есть специальные чипы, которые этот сигнал считывают, и дальше они могут передаваться на компьютер. Это называется brain-computer interface, то есть BCI (интерфейс мозг-компьютер). Таких чипов очень много. Здесь одним из перспективных направлений является применение эндоваскулярных имплантов, которые вставляются как стенты — по сосуду подводятся в часть коры главного мозга, которую нам нужно активировать или считать с нее сигнал. Таким образом парализованные люди могут управлять компьютером. Этот имплант считывает сигнал и через Wi-Fi передает его на компьютер. Есть уже первые успехи в том, чтобы считывать сигналы с участков коры, которые отвечают за речь, и даже могут генерировать ее.

— А как далеко мы от создания, например, реальных бионических протезов, которые могут заменить утраченную руку, посылая сигналы в мозг и выполняя сгенерированные им приказы?

— Такие технологии уже есть. Но сейчас это настолько дорого, что я, честно говоря, не знаю, есть ли в Украине хоть один такой протез.

— В Украине его цена стартует где-то с миллиона гривен. Но, кроме бионических протезов, есть и другие изобретения, очень нужные сейчас для помощи раненым. Ваши исследования о природе боли и способах ее обуздания например. Какова ситуация с их практическим применением?

— Дело в том, что любые клинические исследования — это очень долго и очень дорого. И да, для того чтобы, например, что-то заработало уже сейчас, нам нужно было начинать двадцать лет назад. Но с другой стороны, в принципе, мир сам ускоряется, поэтому есть надежда, что, может, что-то удастся воплотить раньше.

– Но почему в Украине такое ускорение не наблюдается, хотя из-за войны есть реальный запрос и на высокотехнологичное протезирование, и на новые технологии преодоления боли?

— Если говорить об Украине, то у нас сейчас, в принципе, все очень плохо с инвестициями и финансированием науки в частности. И если даже что-то и появляется на финансирование науки, то пойдет, скорее, на развитие военно-промышленного комплекса, на разработку новых дронов, новых технологий, связанных с ведением боевых действий. Хотя наш Национальный фонд исследований Украины проводит конкурсы, и собственно наши проекты с имплантами и диабетической нейропатией и с вирусными конструкторами финансирует именно этот фонд. Но это пока начало, это только фундаментальные доклинические исследования, которые потом нужноо будет еще перенести на людей и провести все стадии клинических испытаний, которые приведут к созданию, возможно, когда-нибудь нового препарата или новой технологии. И это очень сложно. В частности и из-за того, что надо найти финансирование. Вот почему все исследования на острие нейробиологии обычно воплощаются в какие-то разработки в Америке — там легче получить финансирование, создать стартап-компанию. По крайней мере так было. При администрации Трампа все изменилось, и отныне все надежды на Европу.

— Вернемся к переднему краю науки. Сейчас в центре внимания — искусственный интеллект. Ученые утверждают, что компьютеры и компьютерные сети уже научились распознавать образы, проявляют способность к абстрактному мышлению и уверенно проходят тест Тюринга, который определяет способность электронно-вычислительной машины думать, как человек. Получается, сейчас человеческий интеллект от машинного отличает только наличие эмоций и самосознания?

— А это много. Это очень много. Мы до сих пор мало знаем о принципах работы мозга. Мы знаем, скажем так, электрическую основу передачи сигналов в нем. Но нам до сих пор не все известно о молекулярных и химических компонентах. То, что работает в машине, — все электрическое. Там все основывается лишь на электрических импульсах. В мозге это все сопровождается совсем сумасшедшей химической машинерией, в которой одновременно участвуют сотни и тысячи разных молекул, модулирующих эти сигналы. Эта модуляция как раз и делает человека человеком. Она лежит в основе эмоций, принятия решений, наших чувств. Мозг — это фантастический совершенный природный компьютер, который содержит еще много тайн и возможностей. И ученые работают над тем, чтобы их раскрыть.