Размер шрифта

A
A

Межстрочный интервал

A
A

Цвет

A
A

Нейротехнологии: БФУ им.И.Канта делает ставку на астроциты

19.11.2015

Мы начинаем серию публикаций, посвящённых исследованиям учёных БФУ им.И.Канта в приоритетных направлениях био-, нейро- и нанотехнологий. Открывает серию интервью с Виталием Касымовым, заведующим лабораторией нейробиологии и медицинской физики. Более семи лет он работал в Университетском колледже Лондона и вернулся в Россию в начале 2014 года. И сегодня реализует один из самых амбициозных проектов БФУ им.И.Канта в сфере нейронаук.

Виталий, над какой научной темой работаете  вы и ваши коллеги по лаборатории?

— Основная тема — исследование астроцитов. Это клетки головного мозга, которые до недавнего времени считались клетками-кормильцами нейронов. Т.е. считалось, что их функция — поддержка нейронов  и не более того. Но в последнее десятилетие появляется всё больше и больше данных о том, что астроциты в различных отделах мозга могут играть какую-то сенсорную функцию:  передают информацию нейронам, а нейроны, как электрический провод, передают сигнал дальше.
Получается, вы работаете над гипотезой, что не нейроны, а именно астроциты играют важнейшую роль в нервной системе и когнитивной работе мозга?
— В целом, да. В частности, в нашей работе, которую мы опубликовали в журнале «Science» в 2010 году, мы показали, что астроциты на вентральной поверхности ствола мозга воспринимают повышение CO2 и понижение pН, передают на соответствующие нейроны, а уже нейроны передают информацию на диафрагму и в результате человек начинает быстрее и глубже дышать.
То есть источник сигнала — астроциты, а не нейроны? Нейроны только доставляют сигнал до места назначения?
— Астроциты сначала воспринимают сигнал, передают его посредством деления молекулы ATF  нейронам, а дальше сигнал поступает в диафрагму.  Я продолжаю работать в этом направлении. У нас есть идея сделать функциональное картирование астроцитов головного мозга.
— То есть вы предполагаете, что есть несколько видов астроцитов и они различаются функционально?
— Да. Раньше считалось, что во всех отделах мозга астроциты одинаковые как физиологически, так и морфологически и выполняют одну функцию.  На самом деле, морфологически они, может быть, и одинаковые, хотя есть некоторые различия. Но функционально они действительно разные. Они отличаются по экспрессии различных рецепторов, белков, по наличию того или иного сигнального каскада, по способности выбрасывать различные нейромедиаторы. И мы работаем в этом направлении  с использованием многих биологических методов: оптических методов, методов визуализации, методов молекулярной биологии. Мы делаем секвенирование астроцитов из различных зон головного мозга, с помощью конфокальной микроскопии мы смотрим функционал. И уже есть данные, мы сейчас готовим публикацию по выбросу различных нейротрансмитерров  астроцитами из различных зон мозга (нейротрансмиттеры — это молекулы, которые возбуждают нейроны). Если мы берём астроциты из различных отделов мозга, культивируем их в одинаковых условиях, одинаково их стимулируем, то на один и тот же стимул разные астроциты выделяют разные нейротрансмиттеры. Вероятно, это связано с нейрональным окружением. Астроциту важно возбудить определённую группу  нейронов и не затронуть остальные.  Также есть данные по секвенированию, мы их обрабатываем по экспрессии различных рецепторов.
— Как много научных коллективов работают над этой проблематикой? Насколько высока конкуренция в этой области?
— В октябре я был на большой нейрональной конференции в США. Там были представлены работы порядка 45 тысяч исследователей, которые занимаются нейротехнологиями. И исследований астроцитов не было. Т.е. сейчас существующие программы по исследованию головного мозга: американские, европейские, китайские — почти все они сосредоточены на исследовании нейронов. Никто не учитывает астроцитарное окружение. Есть отдельные работы, где идёт речь об астроцитах, но это либо исследования нейронов (и астроциты лишь упоминаются), либо это исследования каких-то заболеваний. Т.е. мы с картированием астроцитов занимаем уникальную нишу. Когда мы получим этот полный функциональный атлас, то сможем эти знания соединить с данными по нейрональным исследованиям и получить куда более полную картину о работе головного мозга. 
— Означает ли это, что у вас нет партнёров?
— Нет. Картирование астроцитов — это главная тема нашей лаборатории, но это и имиджевый проект всего Химико-биологического института БФУ им.И.Канта. Поэтому нам помогают и другие лаборатории, например, Илья Мазунин, Павел Волчков включается в работу.  Мы коллаборируем с учёными из Университетского Колледжа Лондона, Университета Бристоля, Университетов Южной Калифорнии. В России есть Нижегородский нейронаучный центр  под руководством Алексея Семьянова, мы сейчас ищем точки взаимодействия.
— У изучения головного мозга масса задач: и биологические, и медицинские, и нейрокомпьютинг — создание искусственного интеллекта. В этом направлении вы работаете? Есть ли уже партнёрские отношения с IT-сферой?
— Мы работаем с Тюменским государственным университетом. Там есть большая группа под руководством Вадима Филиппова. Они занимаются разработкой искусственных интеллектуальных систем на базе кортикальной колонки (это единица коры головного  мозга, в которой находятся нейроны и астроциты), они делают модели своих компьютеров по принципу работы этой кортикальной системы. И им, конечно, интересны наши данные, поскольку пока у них есть только данные о нейронах. Для дальнейшего программирования им очень нужны сведения о функциях и особенностях астроцитов из разных зон мозга.
— Сколько потребуется времени, чтобы добиться определённых результатов и доказать состоятельность гипотезы о важной роли астроцитов?
— Я думаю, 3-5 лет. Ряд публикаций уже есть, так что тема уже заявлена. Другое дело, что сам этот атлас не будет завершён никогда. Мы его разрабатываем как некую базу, доступную всему научному сообществу. Он будет в общем доступе, поэтому все учёные, которые проводят  исследования в этой области, смогут его дополнять.
— А в мозге есть только нейроны и астроциты?
— Нет, есть ещё клетки микроглия (это иммунные клетки нервной системы), олигодендроциты, клетки сосудов и т.д.
— Они все хорошо изучены?
—  Нет. Долгие годы все исследования мозга были сосредоточены в основном на нейронах. Это электровозбудимые клетки, их относительно легко изучать. Но сейчас мы понимаем, что работа мозга не сводится к нейронам.
— А чего больше: нейронов или астроцитов?
— Данные разнятся. Самые свежие данные говорят, что по объёму астроцитов больше, от 10 до 50 раз больше чем нейронов. Хотя есть данные, что один астроцит может быть соединён с 300 нейронами! Это очень красивая клетка, напоминающая звезду. И я не сомневаюсь, что скоро об этой звезде будут говорить так же много, как о нейронах!