Институт цитологии и генетики СО РAH представил широкой публике минимозги — академическую научную работу с огромным и долгосрочным прикладным потенциалом.
Автор: Игорь Смольников
«Пока мы лишь формируем базовую изыскательскую парадигму для прикладной медицины».
Органические минимодели — тема, ставшая одним из «гвоздей» научной конференции TEDx. Поскольку формат TEDx ориентирован не только на членов научного сообщества, но и на гуманитариев, ему присущ универсально-понятный стиль подачи контента. Потому плод трудов отдела молекулярных механизмов онтогенеза ИЦиГ СО РАН на уровне «для публики» именуется ярко и живописно — минимозги. Более научное определение — органоиды и миниатюрные биомодели.
— Конечно, минимозг — это упрощенное понятие, речь идет о клеточной модели, — поясняет Татьяна Шнайдер, младший научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза Института цитологии и генетики СО РАН.
Этот проект — плод другого научного прорыва, случившегося в 2006 году — факторного репрограммирования генома. Тогда японский биолог Синъя Яманака с помощью особого биохимического состава (так называемого «коктейля Яманаки») смог переписать генные настройки обычных взрослых клеток — так сказать, «отмотать назад» их параметры до состояния эмбриональных стволовых клеток. За это Яманака разделил свою Нобелевскую премию 2012 года с британцем Джоном Гердоном — первопроходцем идеи генного репрограмирования, огласившем ее в 1962-м.
— На теоретическом уровне это дает возможность выращивать для любого человека любой орган, — отмечает Татьяна Шнайдер. — Подчеркну — теоретически, в перспективе. Нынешний уровень биотехнологий пока не позволяет выращивать органы с полноценным функционалом — органы-запчасти, пригодные для пересадки. А вот миниорганы, уменьшенные биомодели мы можем выращивать уже сейчас: минипечени, минилегкие, минипочки. А самый ценный объект в этом модельном ряду — минимозги. В нашей лаборатории мы именно этим и занимаемся. Сначала из стволовых клеток мы делаем эмбриональные тельца. Все процессы, происходящие внутри такого шарика, идентичны тем процессам, что переживает двухнедельный эмбрион человека. Там клетки проходят свою предварительную функциональную ориентацию. После этого мы начинаем активно готовить клетки к этой избранной «профессии» — программируем их на оформление в клетки головного мозга посредством химического воздействия. После двух недель такого направляющего воздействия идет трехмесячное созревание. Их подкармливают и качают для равномерного снабжения кислородом и питательными веществами. Клеточный состав и комбинаторика клеток — как у реального мозга человеческого эмбриона. В прошлом году удалось даже вырастить минимозги с извилинами. Оказалось, извилины формируются от простого сжатия. А чуть больше месяца назад выяснилось, что и энцефалограмма таких минимозгов обладает модельной реалистичностью — она такая же, как у недоношенных детей. То есть теперь у нас появилась действующая биомодель, позволяющая увидеть процессы, прежде скрытые от нашего внимания. Стало возможным изучить ранние этапы развития головного мозга человека.
Хотя сейчас этот проект и эта технология — достояние сугубо фундаментальной науки, долгосрочное значение ее многогранно и весьма оптимистично. Но первые интересанты — это, разумеется, коллеги по российской академической среде. Получение материально и процессуально достоверной биомодели человеческого мозга — это исторический прецедент, до того доступным материалом были лишь лабораторные животные. И погрешность была огромна — достаточно просто сравнить мозг человека и белой мыши, чтобы понять, что исследовательская наглядность мышиного мозга весьма условна. Второй аспект — так называемое «Правило 14 дней». Оно действует в тех странах, где разрешены научные работы с эмбрионом человека. Согласно этому закону, все манипуляции, все экспериментальные действия должны быть закончены на 14 день после оплодотворения.
— Но дело в том, что в контексте правила 14 дней мы мозг эмбриона исследовать не сможем, — объясняет парадокс Татьяна Шнайдер. — Его еще нет и в помине. На 14 день лишь появляются первые клетки, из которых мозг будет потом формироваться. А минимозг — вон он, уже есть. И на нем мы можем моделировать первые три месяца эмбрионального развития. Имея в руках такую модель, можно решать самые разные вопросы. Вплоть до самых амбициозных.
К таковым относится, например, исследование мозговой специфики неандертальцев. Некоторое время назад две исследовательские группы решили узнать, чем мозг неандертальца отличался от мозга кроманьонца. Но откуда взять лабораторный материал?
— Да, в современном человеке есть 2% неандертальских генов, — обрисовывает суть научной проблемы Татьяна Шнайдер. — Но нужен был более обильный и лабораторно чистый их источник. По фрагментам ДНК из костных материалов неандертальцев выявили гены, отвечающие за формирование мозга, и с их помощью создали из клеток современного человека минимодель неандертальского мозга. Оказалось, что неандертальские минимозги по форме существенно отличаются от кроманьонских мозгов. Рельеф совершенно другой. Похожи они на попкорн.
Впрочем, большинство других тем более приземленные. Например, минимозги пригодятся при исследовании ментальных патологий. Болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, умственная отсталость разной степени тяжести. Так, на минимозгах удобно исследовать вирусную инфекцию Зика, очень опасную для плода и приводящую к микроцефалии новорожденных. При помощи минимозга удалось понять, какие клетки поражает вирус Зика и какова механика его атаки, как он проникает к клеткам. Нашли в итоге и схемы создания нескольких лекарственных препаратов, которые помогут в будущем противостоять этой инфекции.
Работа с органоидами идет и в межрегиональном научном контексте.
— Несколько лет назад наши коллеги из Томска собрали тестовую группу из нескольких пациентов с диагностированной умственной отсталостью, — рассказывает Татьяна Шнайдер. — И у всех них мутация была всего в одном гене. Когда мы получили минимозги из клеток пациентов с этим диагнозом, то смогли выявить и динамический сценарий формирования мутации. Конечно, впереди еще долгий научный путь — детально выяснить, почему поломка в единственном гене ведет к таким последствиям. Сейчас основная задача — понять механику мутаций. И по итогам уже может быть сформирован скрининг для перинатального обследования — тема выйдет в контекст практической медицины, в повседневный контекст. Выход на этот уровень займет несколько лет.
А долгосрочный курс — выход на сюжет «Лекарство».
— Пока же мы лишь формируем базовую изыскательскую парадигму для прикладной медицины, — резюмирует Татьяна Шнайдер. — Этот уровень работы еще академический. Мы не сулим излечение, мы изучаем заболевания, чтобы понять, как действовать в ближайшем будущем. Зато лет через 10 прорыв будет огромным. И, конечно же, мне совершенно понятен накал ожиданий, связанных с этой темой. Он очень хорошо виден именно на конференции TEDx. Очень нравится реакция публики, режим диалога. Появились два важных направления в обсуждении. Несколько человек интересовались, можно ли принять участие в подобных исследованиях. Люди увидели конвергенцию между фундаментальной и прикладной наукой. И, можно сказать, ее по-новому увидели и мы сами — глазами аудитории.
Татьяна Шнайдер — это, пожалуй, самый академичный в смысле контента спикер нынешней новосибирской конференции ТEDx. Сам формат TED, существующий уже 30 лет, достаточно буквально олицетворяет идиому «наука и жизни» — тематическим массивом конференций становятся разработки и открытия, либо уже воплощенные в брендированных технологиях, либо находящиеся на полпути к тому. А предмет социокультурной рефлексии для спикеров и зрителей — мир, меняющийся под натиском технологий «сейчас и завтра». А послезавтра — это достаточно дальний горизонт для формата ТED в его изначальном виде. Создан он американцами — с их культом скорострельно действенной науки. Что, в принципе, и не отрицается. И даже «вшито» в имя события: сформировано оно из первых букв слов Technology, Entertainment, Design — технологии, развлечения, дизайн. Даже с учетом того, что английское слово «design» по смыслу шире и весомее русского (то есть означает не только товарно-техническую эстетику, но и сугубо инженерную работу), «прикладные» приоритеты и даже чистый арт-хаус в контексте этих конференций тоже находят себе место. TEDx — суббренд, дочерний концепт, родившийся в 2009-м. Компонент «x» означает и автономность, и множественность родства. Конференции TEDx — мультиформат, поскольку проходят на русском языке в городах России, Белоруссии, Казахстане, а большой TED-конгресс — это событие с монолокацией. Конференция эта проходит только в Ванкувере, билет на нее можно купить за год до начала — за 10 тысяч долларов.
Фото со страницы Татьяны Шнайдер ВКонтакте