«Активностью нейронных сетей можно управлять»: российский учёный — о роли серотонина в лечении травм спинного мозга

— Ваша научная группа установила ключевую роль серотонина в восстановлении после травм спинного мозга. Расскажите, пожалуйста, подробнее о работе и о том, как вы пришли к этой идее.

— Ранее мы выяснили, что активностью нейронных сетей спинного и головного мозга можно управлять. Эти сети контролируют движения, работу сенсорных систем, функционирование висцеральных органов.

Одним из путей является введение химических препаратов, которые действуют на нейрональные рецепторы, в том числе рецепторы к серотонину. Более десяти лет назад мы с коллегами обнаружили, что серотонин может влиять на процессы восстановления после травм спинного мозга.

В недавнем исследовании мы проводили эксперименты на крысах с нокаутом (выключением. — RT) гена фермента, способствующего образованию серотонина в головном и спинном мозге. Сравнивая таких животных с обычными крысами, мы выяснили, насколько серотонин важен для восстановления после травмы спинного мозга. Оказалось, что при дефиците серотонина восстановление шло медленнее и было неполным.

• Павел Мусиенко и коллеги
• © МЕДИАДОМ «СИРИУС»

Таким образом, мы окончательно убедились, что серотонин влияет на нейропластичность спинного мозга — способность восстанавливаться и формировать новые нейронные связи. Также мы получили дополнительное подтверждение, что для лечения и реабилитации после травм спинного мозга необходимо разрабатывать серотонинергические препараты — такие, которые активируют соответствующие рецепторы и вызывают эффекты, аналогичные действию серотонина.

Также по теме

Преодолеть мышечный дисбаланс: российские учёные создали модель движений шеи и плеч человека для диагностики очагов боли

Группа российских исследователей создала биомеханическую модель шеи и плеч человека, которая включает все мышцы, кости и связки этих...

Следует отметить, что работа проведена в университете «Сириус» совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом, Институтом физиологии имени И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербургским химико-фармацевтическим университетом, центром LIFT (Life Improvement by Future Technologies Center). 

— В целом какова роль серотонина в физиологии млекопитающих и человека? В каких процессах он участвует?

— Серотонин модулирует нейронную активность и целый спектр нейропсихологических процессов. Поэтому препараты, воздействующие на серотониновые рецепторы, широко используются в психиатрии и неврологии. Удивительно, но 99% серотонина в нашем организме синтезируется на его периферии (например, тучными клетками, базофилами или энтерохромаффинными клетками в желудочно-кишечном тракте) и только 1% — в центральной нервной системе.

На сегодняшний день выделяют семь семейств серотониновых рецепторов (белков, с помощью которых клетки воспринимают действие раздражителей. — RT), которые, в свою очередь, делятся на подтипы. Такое множество рецепторов, а также широкое разнообразие их локализации определяет роль серотонина во многих процессах в нашем организме. Участие в эмоционально-тревожном поведении, регуляция сна, когнитивные функции, работа кишечника — вот лишь часть процессов, которые можно связать с работой серотонинергической системы.

• Научно-технологический университет «Сириус»
• © МЕДИАДОМ «СИРИУС»

Высвобождение серотонина в вентральных (передних. — RT) рогах спинного мозга играет важную роль для двигательной функции. Причём серотонин может выступать как стимулятором, так и ингибитором (подавителем. — RT) этой функции.

Множество рецепторов к серотонину расположено в нейронах спинного мозга, что позволяет тонко регулировать ритм и координацию движений.

Также по теме

«Мы вернулись в доантибактериальную эпоху»: фтизиатр — о распространённости плохо излечимых форм туберкулёза

24 марта отмечается Всемирный день борьбы с туберкулёзом. Хотя против этой болезни давно найдены методы лечения, победить туберкулёз...

Особый интерес представляет тот факт, что нисходящие серотонинергические проекции из ствола мозга могут регулировать работу нижних мочевыводящих путей. Травма спинного мозга часто сопровождается нарушениями висцеральных функций, и можно предположить, что воздействие на серотонинергическую систему в процессе реабилитации будет способствовать не только восстановлению двигательных функций, но и нормализации работы мочевого пузыря.

— В медицинской практике у пациентов с травмами спинного мозга замеряют уровень серотонина? У них наблюдается дефицит, который тормозит восстановление?

— Однозначно утверждать, что при всех травмах спинного мозга уровень серотонина в организме сильно падает, я бы не стал. Отдельные исследования показали, что у пациентов с такими травмами он был снижен. Это и неудивительно, учитывая, что этот нейромедиатор играет системную роль в организме. А для пациентов с травмой спинного мозга характерно нарушение не только двигательной и сенсорной функций, работы тазовых органов, но и расстройство многих других систем. У них может наблюдаться депрессивное состояние, нарушения работы иммунной и сердечно-сосудистой систем — комплексное расстройство работы организма.

• Рентгеновские снимки травмы спины
• Gettyimages.ru

—Что будет представлять собой будущий препарат на основе серотонина, учитывая, что в психиатрии уже применяют препараты-антидепрессанты для нормализации баланса нейромедиаторов? Будет ли лекарство похоже на эти препараты?

— Вероятнее всего, это будет смесь лекарственных средств, направленно действующих на определённые подтипы серотониновых рецепторов в спинном мозге. Сейчас мы с коллегами из центра LIFT работаем над созданием возможных вариантов таких комбинаций.

Также по теме

«Каждые 20 минут нужно отрываться от смартфона»: офтальмолог — о профилактике глазных болезней

Во время работы за компьютером человек моргает значительно реже, чем обычно, что приводит к проблемам с глазами. Поэтому очень важно...

Ранее нами было опубликовано несколько работ, где сочетанное применение агонистов-антагонистов (соединения, влияющие на работу клетки и блокирующие это влияние. — RT) рецепторов моноаминовых систем (не только серотониновой) успешно применялось на модели травмы спинного мозга у крыс.

Использование препаратов, увеличивающих выработку серотонина, также не исключается. Однако, вероятно, будущее всё же за средствами с избирательным рецепторным действием.

— Какие ещё исследования по данной теме планирует или уже ведёт ваша группа?

— Подход к реабилитации должен быть комплексным. И конечно же, дополнять существующие методики терапии и реабилитации. Речь не идёт о панацее, которая заменит остальные препараты и методы. Но благодаря комплексному подходу мы надеемся добиться максимального эффекта от терапии.

В научно-технологическом университете «Сириус», в котором я руковожу кафедрой (направлением) «Нейробиология», наши сотрудники, аспиранты и студенты занимаются целым рядом проектов, посвящённых изучению механизмов влияния серотонина на процессы в нервной системе и использованию этих механизмов для восстановления при заболеваниях.

В научную команду проекта по дальнейшему исследованию роли серотонина и других нейромедиаторных систем в восстановлении после повреждения спинного мозга будут вовлечены молодые исследователи, студенты новой междисциплинарной программы магистратуры «Нейротехнологии с основами биоматериаловедения», которую мы открываем в этом году в университете «Сириус».

• Молекула серотонина
• Gettyimages.ru

— Какие у вас планы? Будут ли проводиться клинические исследования препаратов серотонина на людях?

— Сейчас мы продолжаем доклинические исследования, детально изучая особенности восстановления сенсомоторных функций. Для подробного изучения локомоции (перемещение в пространстве. — RT) применяется анализ, позволяющий оценивать сотни уникальных кинематических характеристик.

Также по теме

Контролируемая гипоксия: учёные рассчитали связь между кислородом и мутациями в ДНК митохондрий

Российские генетики совместно с иностранными коллегами проанализировали более 100 тыс. мутаций в ДНК митохондрий сотен различных видов...

Также ряд сотрудников нашей научной группы работают над изучением особенностей поведения и когнитивных функций после травмы спинного мозга и динамикой развития аллодинии — феномена повышенной болевой чувствительности, который возникает у пациентов после нейротравмы. Травма спинного мозга — это комплексная проблема, которая приводит к расстройствам не только двигательной системы, но и вегетативных, ментальных функций. В связи с этим изучение роли серотонинергической системы — важная фундаментальная задача, которая должна быть решена для создания эффективных методов нейрореабилитации. В дальнейшем планируется проведение клинических исследований. Наша главная цель — внедрение полученных научных результатов в клиническую практику.

— Какие ещё исследования ведутся вашей научной группой?

— Ещё одно очень важное для нас направление — разработка мягких нейроимплантов, обладающих эластичностью и механическими свойствами, близкими к нервной ткани. В них используются особые полимеры, в частности PDMS — безопасный и биосовместимый силикон. Мы применяем его в сочетании с металлическими или углеродными наноматериалами, получая электропроводящий композит, что необходимо для нейростимуляции. Уже разработанные нами технологии позволяют придавать нейроимпланту высокую функциональность, а также мягкую и растяжимую структуру, близкую по своей механике к нервной ткани. Доклинические исследования подтвердили высокую перспективность данного направления для современной нейроимплантологии. В настоящее время проводится работа по внедрению технологии мягких имплантов в клиническую практику.