Читать книгу "Мозг. Советы ученого, как по максимуму использовать самый совершенный в мире орган - Майк Трентер"

как ученые контролируют форму трехмерных клеточных структур. Метод имеет потенциал для одновременного создания тысяч крошечных органоидов, которые прилипают друг к другу, как липучка, и образуют более обширные «мозгоподобные» культуры. Представьте себе DPAC-органоиды в виде деталей Lego, которые можно соединить друг с другом в большой Lego-мозг. Это поможет ученым приблизиться к созданию в лаборатории целой области мозга, которая в грядущем веке будет использоваться для тестирования лекарств, обучения и частичных трансплантаций.

Наномедицина идет еще дальше и начинает использовать каркасы из графена, углеродного материала толщиной всего в один атом.

Связывая клетки определенным образом, ученые выходят на совершенно новый уровень экспериментального дизайна. Он приближает их к созданию настоящего мозга, на котором можно учиться.

Им можно придать ту форму, которая позволит выращенным в лаборатории клеткам развиваться в более точном направлении, подобно еще более мелким и специализированным деталям Lego. Клетки, выращенные трехмерно (в отличие тех, которые вырастили двухмерно в плоской чашке) будут лучше имитировать настоящее человеческое тело. Графеновые каркасы особенно интересны, поскольку их с прикрепленными на них клетками можно поместить обратно в тело, чтобы стимулировать нормальный клеточный рост. Ученые надеются, что они смогут восстанавливать ткани спинного и головного мозга, что сегодня является невероятно сложной задачей. Это изменило бы исход для пациентов, которые потеряли чувствительность и подвижность некоторых частей тела из-за повреждения спинного мозга или перенесли черепно-мозговую травму, которая привела к клеточной смерти и утрате речи, воспоминаний или способности двигаться. Данный метод оказал бы значительное влияние на жизнь многих людей, которым медицина пока не может помочь.

CRISPR

Благие намерения медицины заключаются в улучшении стандартов здравоохранения и обеспечении более долгой и счастливой жизни. Кажется, что это простая задача, но она связана с большими сложностями. Наш мозг способен на невероятные вещи, однако эта способность сопряжена с большим риском возникновения ошибок. Заболевания, поражающие мозг в течение жизни, со временем станут предотвратимыми или обратимыми до такой степени, что качество жизни того, кто ими страдает, практически не будет отличаться от качества жизни здорового человека.

Дегенерация клеток мозга, наблюдаемая при болезнях Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, – это проблема, которая остро нуждается в инновационных методах решения.

В настоящее время проводятся сотни клинических исследований, посвященных нейродегенерации, но, поскольку многие оказываются неуспешными, они редко приносят пользу пациентам. Как правило, проходит не менее двух лет, прежде чем эксперименты в этой области успевают привести к каким-либо положительным результатам. Хотя врачам бы хотелось, чтобы в состоянии пациента сразу произошли очевидные изменения к лучшему, исследования обычно показывают лишь небольшие положительные изменения в когнитивных способностях, которые еще нужно доказывать.

Тем не менее будущее медицинских процедур кажется многообещающим. Хотя прошло более 18 лет с того момента, как США одобрили инновационный препарат против болезни Альцгеймера, ученые сейчас как никогда близки к новому поколению методов лечения. Доказано, что адуканумаб[46], моноклональное антитело компании Biogen, замедляет прогрессирование заболевания. Хотя его эффект очень ограничен, лекарство стало большим шагом вперед и обнадеживающим знаком. В ближайшем будущем начнут появляться методы, замедляющие развитие заболевания, которые подарят людям несколько драгоценных лет относительно нормальной жизни. Небольшие различия в генетике неврологических расстройств означают, что добиться одинаковой реакции у разных пациентов может быть сложно. В создании препаратов нового поколения, вероятно, будут учитываться подмножества пациентов с определенными генетическими компонентами заболевания, на которые для получения лучших результатов нужно будет воздействовать более точечно (тактика, известная как персонализированная медицина).

Мысль о том, чтобы принять несколько таблеток и ждать эффекта, постепенно уходит в прошлое, и при разработке новых методов лечения, несомненно, будут использоваться новые технологии, которые сразу дадут многообещающие результаты. Но как это будет выглядеть?

В 2012 году Эмманюэль Шарпантье и ученые ее исследовательской группы доказали, что небольшой фрагмент РНК (генетическая схема построения белков) можно сконструировать таким образом, чтобы направлять определенный белок[47] к определенной последовательности ДНК. Это важно, потому что имеется в виду не любой белок, а тот, который разрезает нить ДНК. После этого она перестает быть похожей на знакомую нам двойную спираль, и некоторые ее части оказываются в свободном плавании. Когда тело замечает, что ДНК больше не похожа на двойную спираль, запускаются механизмы восстановления. Обычно они поддерживают ее в хорошем рабочем состоянии. Этот процесс восстановления происходит каждый день нашей жизни. Нам даже ничего не нужно делать. Мы можем расслабиться и позволить своему телу выполнить всю работу.

Технология CRISPR (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) опирается на тот факт, что данные механизмы восстановления далеки от идеала и склонны к ошибкам. В некоторых случаях это приводит к тому, что организм производит ошибочную последовательность ДНК, которая останавливает работу участка ее молекулы, или гена.

CRISPR – это мощный инструмент, который применяется, чтобы блокировать уже «бракованный» ген.

CRISPR даже может вводить новые гены. Этот инструмент может повысить устойчивость растений и животных к факторам окружающей среды, например засухе, или лишить малярийных комаров способности размножаться.

CRISPR – это инструмент редактирования генов. Благодаря разрезам в определенных местах ДНК механизмы восстановления прекращают работу поврежденного гена.

Наиболее интересное применение CRISPR – это расширение набора экспериментальных инструментов с целью понять роль генов в первопричинах неврологических заболеваний и их развитии. Ученые радостно потирают руки в предвкушении будущего, где активно применяется эта технология. Если вы когда-нибудь увидите нейробиолога, который так делает, вы сразу поймете, о чем он думает. Узнав больше о том, как генетические мутации ведут к болезням Паркинсона и Альцгеймера, ученые смогут добиться прогресса в лечении раньше, чем ожидали. Новые методы могут быть направлены на обращение вспять существующей болезни или ее предотвращение путем восстановления вызывающего ее гена[48]. Чтобы это продемонстрировать, исследовательская группа Бирджитт Шуле из США вырастила стволовые клетки и устранила повреждения ДНК, которые обычно наблюдаются у пациентов с болезнью Паркинсона. Эти клетки можно будет вводить пациенту для замещения дефектных клеток.

Данный метод вселяет надежды в плане лечения болезни Альцгеймера: ученым удалось перепрограммировать клетки так, чтобы они стали устойчивыми к заболеваниям и утрате умственных способностей в пожилом возрасте. Этот новый стиль генной терапии также применим к другим заболеваниям. Исследователи из США отредактировали стволовые клетки, чтобы исправить генную мутацию, вызывающую кистозный фиброз. Гены определенного типа анемии были изменены учеными из США и Германии в рамках международного исследования.

В течение века эта технология станет привычной для изменения генетических кодов тех людей, у которых особенно велик риск