RT на русском: «Активностью нейронных сетей можно управлять»: российский ученый — о роли серотонина в лечении травм спинного мозга

Лекарства будут действовать в комплексе с другими методами терапии и дополнять их. Ученый объяснил, что такой препарат будет воздействовать на особые рецепторы на поверхности клеток нервной ткани. Также исследователи изучают влияние серотонина на другие функции организма — нейромедиатор участвует во множестве важных процессов, включая когнитивные.

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.

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.

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.

Высвобождение серотонина в вентральных (передних. — RT) рогах спинного мозга играет важную роль для двигательной функции. Причем 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.

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.

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 определенные подтипы серотониновых рецепторов в спинном мозге. Сейчас мы с коллегами из центра LIFT работаем над созданием возможных вариантов таких комбинаций.

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 все же за средствами с избирательным рецепторным действием. 

Какие еще исследования по данной теме планирует или уже ведет ваша группа? 

Подход к реабилитации должен быть комплексным. И конечно же, дополнять существующие методики терапии и реабилитации. Речь не идет 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, посвященных 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».

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 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 еще исследования ведутся вашей научной группой? 

Еще 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.