Нейроінженерія в Україні: дослідження, що змінюють медицину

Людина, що силою думки може керувати механізмами. Штучні кінцівки, здатні повністю, ба навіть краще, виконувати функції людських рук і ніг. Мікроскопічні, на молекулярному рівні створені структури, які можуть вимикати гострий та хронічний біль. Все це ще зовсім недавно було чимось із наукової фантастики. Сьогодні ці технології вже виходять із наукових лабораторій, аби просто зараз або в найближчому майбутньому покращувати життя людей. Особливо якщо цьому кидає виклик якась травма чи хвороба. Творять дива, які вже незабаром можуть стати звичними, вчені, які працюють у царині нейроінженерії.

Нана Войтенко — одна з провідних учених в Україні, які займаються дослідженнями мозку. Нейробіологиня, докторка біологічних наук, професорка, ректорка приватного закладу вищої освіти «Академія Добробут», професорка кафедри біомедицини та нейронаук Київського академічного університету МОН та НАН України. Провідним з-поміж її наукових інтересів є природа болю та способи його подолання. Науковиця також розробляє методи відновлення функцій нервової системи засобами нейроінженерії.

Однак пані Нана не лише займається наукою, а й популяризує її — саме вона започаткувала проведення Тижнів мозку в Україні. Такі заходи організовують в усьому світі щороку наприкінці березня, аби популяризувати сучасні дослідження в царині нейробіології. З багаторічних спостережень за тими, хто приходить на лекції на Тижнях мозку, науковиця впевнено робить висновок: навіть за найважчих потрясінь інтерес людей до нейробіології не зникає. «Навпаки, — каже пані Нана, — зараз, коли три роки триває повномасштабна війна, люди особливо зацікавлені у знаннях про свою нервову систему. І ми намагаємося саме про це розповідати на наших лекціях: що відбувається в мозку під час стресу, що являють собою посттравматичні розлади, чи можна це якось контролювати. Цього року я читала лекцію про те, як нейроінженерія допомагає відновлювати функції нервової системи, якщо вона якось пошкоджена».

— Нано Володимирівно, але ж ми вже давно призвичаїлися до міфу, що нервові клітини не відновлюються?

— Тут ідеться не про відновлення самих нервових клітин — нейронів, тому що вони відновлюються, звісно, але цей процес дуже повільний. І, в принципі, якщо зруйновано тіло нейрона, то воно не може відновлюватися. Ми займаємося відновленням аксонів — відростків нейрона, які передають нервовий імпульс у тканинах. Якщо пошкоджено аксон, навіть якщо його просто відрізати, він може відновлюватися, але йому потрібно допомогти. Для цього ми за допомогою 3D-друку створюємо скафолди — мікроскопічні каркаси, імплантуємо їх, і вони допомагають аксону регенерувати.

— Ви є одним із провідних фахівців в Україні з вивчення природи болю та розроблення методів знеболення. Цей напрям зараз є особливо актуальним для України. Що нового тут може запропонувати вітчизняна та світова наука?

— Ми вийшли на те, що можемо перепрограмувати нейрони, щоб вони почали знижувати рівень хронічного болю. Приміром, за допомогою вірусних конструкторів ми можемо доставляти в нейрони генетичні блокатори певних молекулярних механізмів, які запускають хронічний біль, зокрема при діабетичних нейропатіях. В цьому випадку однією такою ін’єкцією ми можемо блокувати проведення болю. Можливо, на перший погляд, для широкого загалу звучить дивно, що вірусні конструктори та генетичні блокади можуть лікувати. Адже віруси в нас асоціюються передусім із хворобами, зокрема й дуже важкими, а будь-які генетично-модифіковані структури лякають пересічного громадянина через масовану пропаганду, спрямовану проти ГМО. Тож, серед іншого, наші лекції на Тижнях мозку якраз і покликані пояснити людям: зараз наука вже розвинулася до такого рівня, що ми можемо використовувати віруси як маленькі машинки для доставки генетичного матеріалу туди, куди нам потрібно. Адже вірус — це що? В нього є оболонка, яка може проникнути всередину клітини й там розмножити свій генетичний апарат — те, що в оболонці міститься. І зазвичай цей генетичний апарат спрямований на те, щоб цю клітину вбити, ну, або якось у неї вбудуватися, заважаючи їй правильно працювати. Але якщо взяти від цього вірусу лише оболонку (є віруси-оболонки, достатньо нейтральні для людського організму, наприклад, адено-асоційовані віруси) і замість шкідливого геному вмонтувати в неї геном того, що нам потрібно, той вбудовуватиметься в цих клітинах. І, наприклад, ми можемо в якихось клітинах пригнітити ген (не знищити, а саме зупинити його роботу), який відповідає за проведення болю. А клітина при цьому функціонує нормально, бо цей генетичний матеріал зроблений так, що діятиме тільки там, де нам потрібно. Він не матиме побічних ефектів, тому що ні на що інше впливати не може.

— Винаходи в сучасній нейроінженерії межують із фантастикою — створення каналів безпосереднього зв’язку людського мозку з комп’ютером. Або протезів, здатних функціонувати як повноцінний орган. Вдалося футуристичні прогнози наблизити до реальності?

— Так. Є дуже багато хвороб, що можуть спричинити параліч у людини. Вона не здатна рухатися, однак її мозок відповідні сигнали генерує. Є спеціальні чипи, які цей сигнал зчитують, ну й далі вони можуть передаватися на комп’ютер. Це називається brain-computer interface, тобто BCI (інтерфейс мозок—комп’ютер). Таких чипів дуже багато. Тут одним із перспективних напрямів є застосування ендоваскулярних імплантів, які вставляються як стенти — по судині підводяться в ту частину кори головного мозку, яку нам треба активувати, або з якої слід зчитати сигнал. У такий спосіб паралізовані люди можуть керувати комп’ютером. Цей імплант зчитує сигнал і через Wi-Fi передає його на комп’ютер. Є вже перші успіхи в тому, щоби зчитувати сигнали з ділянок кори, які відповідають за мову, й навіть генерувати мовлення.

— А як далеко ми від створення, приміром, реальних біонічних протезів, які можуть замінити втрачену руку, надсилаючи сигнали мозку та виконуючи згенеровані ним накази?

— Такі технології вже є. Але наразі це настільки дорого, що я, чесно кажучи, не знаю, чи є в Україні хоч один такий протез.

— В Україні його ціна стартує десь від мільйона гривень. Але, крім біонічних протезів, є й інші винаходи, дуже потрібні зараз для допомоги пораненим. Ваші дослідження щодо природи болю та способів його приборкання наприклад. Якою є ситуація з їх практичним застосуванням?

— Річ у тім, що будь-які клінічні дослідження — це дуже довго й дуже дорого. І так, для того, щоб, наприклад, щось запрацювало вже зараз, нам потрібно було починати 20 років тому. Але з іншого боку, в принципі, світ сам собою прискорюється, тому є сподівання, що, може, щось вдасться втілити раніше.

— Але чому в Україні таке прискорення не спостерігається, хоча через війну є реальний запит і на високотехнологічне протезування, і на нові технології подолання болю?

— Якщо говорити про Україну, то в нас зараз, у принципі, все дуже погано з інвестиціями та фінансуванням науки зокрема. І якщо навіть щось і з’являється на фінансування науки, то піде радше на розвиток військово-промислового комплексу, на розроблення нових дронів, нових технологій, пов’язаних із веденням бойових дій. Хоча наш Національний фонд досліджень України проводить конкурси, і власне наші проєкти з імплантами й діабетичною нейропатією та з вірусними конструкторами фінансуються саме цим фондом. Але це поки початок, це тільки фундаментальні доклінічні дослідження, які потім треба буде ще перенести на людей і провести всі стадії клінічних випробувань, які призведуть до створення, можливо, коли-небудь нового препарату або нової технології. Та це дуже важко. Зокрема й через те, що треба знайти фінансування. Ось чому всі дослідження на вістрі нейробіології зазвичай утілюються в якісь розробки в Америці — там легше отримати фінансування, створити стартап-компанію. Принаймні — було. За адміністрації Трампа все змінилося, й відтепер усі надії на Європу.

— Повернімося до переднього краю науки. Зараз у центрі уваги — штучний інтелект. Учені констатують, що комп’ютери та комп’ютерні мережі вже навчилися розпізнавати образи, виявляють здатність до абстрактного мислення й упевнено походять тест Тюрінга, який визначає здатність електронно-обчислювальної машини думати «по-людськи». Отже, нині людський інтелект від машинного відрізняє лише наявність емоцій та самосвідомості?

— А це багато. Це дуже багато. Ми досі мало знаємо про принципи роботи мозку. Ми знаємо, скажімо так, електричну основу передачі сигналів у ньому. Але нам досі не все відомо про молекулярні та хімічні компоненти. Те, що працює в машині,— це все електричне. Там усе ґрунтується лише на електричних імпульсах. У мозку це все супроводжується геть божевільною хімічною машинерією, у якій одночасно беруть участь сотні, тисячі різних молекул, які модулюють ці сигнали. Ця модуляція якраз і робить людину людиною. Вона лежить в основі емоцій, ухвалення рішень, наших почуттів. Мозок — це фантастичний досконалий природний комп’ютер, який містить іще багато таємниць і можливостей. І науковці працюють над тим, щоб їх розкрити.