Тайные пути к мозгу

Учёным Красноярского государственного медицинского университета имени В.Ф. Войно-Ясенецкого мировые тренды хорошо известны. Одно из основных направлений работы коллектива научной школы во главе с доктором медицинских наук, профессором Аллой Борисовной САЛМИНОЙ — изучение механизмов межклеточных взаимодействий при нарушениях развития головного мозга, острой и хронической нейродегенерации — болезнях Альцгеймера, Паркинсона, ишемии головного мозга и т.д.

Коллектив ведёт исследования в тесном сотрудничестве с коллегами из России, Японии, Германии, Великобритании, Италии, Бразилии.

Рекорды профессора

Вход в отдельные помещения уникальной в масштабе России экспериментальной лаборатории — только в белом халате и бахилах. Стерильность! Показать «апартаменты» согласилась сама Алла Борисовна Салмина — организатор и руководитель НИИ молекулярной медицины и патобиохимии КрасГМУ, заведующая кафедрой биохимии, проректор по инновационному развитию и международной деятельности.

Наверное, она могла бы попасть в Книгу рекордов Гиннесса как самая молодая женщина, защитившая диссертацию на соискание степени доктора медицинских наук в 27 лет. Возможно, профессор побила бы и рекорд трудоголизма как автор более 700 научных трудов, в том числе более 350 статей в ведущих российских и международных реферируемых журналах. На её счету также 10 монографий, более 20 патентов и более 25 учебных пособий. Под её руководством защитились 8 докторов наук и 29 кандидатов, она — автор оригинального учебного курса «Молекулярная и трансляционная медицина на английском языке».

Сейчас Алла Борисовна с улыбкой вспоминает, как в детстве она (тогда — Алла Егорова) увлекалась литературой и хотела связать свою жизнь с драматургией. Но пример мамы, работавшей врачом, оказался сильнее гуманитарной мечты:

— Мамина страсть к медицине передалась мне, правда, в трансформированном виде — я увлеклась экспериментальными исследованиями в этой области. В 18 лет вдруг поняла, как мне это интересно. Начиная с третьего курса Красноярского медицинского института заразилась научными исследованиями, которые проводились на кафедре патологической физиологии во главе с известным учёным в области молекулярной патологии и токсикологии Валерием Васильевичем ИВАНОВЫМ, экспертом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) по вопросам химической безопасности. Впервые в нашем вузе он создал научно-исследовательскую лабораторию специально для студентов, которые хотели заниматься экспериментальной медициной.

На третьем курсе я вступила в студенческое научное общество и стала выполнять работу под руководством Валерия Васильевича и доцента Людмилы Васильевны ФЕДЮКОВИЧ. Мы исследовали мутагенные свойства токсических веществ — акрилатов, изучали, какие неблагоприятные эффекты могут вызывать эти химические соединения (попадающие в атмосферу, например, в зоне промышленных предприятий) в организме животных и человека. Сразу после окончания института подготовила кандидатскую диссертацию, потому что за время учёбы в вузе набрала большой исследовательский материал. Вскоре защитилась и, получив благословение профессора Иванова, улетела на долгосрочную стажировку в Японию, потому что выиграла стипендию японского Министерства образования и науки для молодых исследователей, желающих работать в научных лабораториях Страны восходящего солнца.

Японская тема

Если вспомнить историю, то последняя декада XX столетия во всём мире была объявлена декадой изучения мозга. Тема до сих пор остаётся топовой.

— Я не стала мастером икебаны или бонсай, но свойственная японцам культура общения и преклонения перед прекрасным теперь мне очень понятна, — признаётся моя собеседница. — Япония — страна, в которой чудесным образом сочетаются история и высокие технологии. Там работают блестящие учёные, а сама жизнь в Японии учит организованности, определённому аскетизму и нацеленности на результат. Пятнадцать месяцев я стажировалась в лаборатории Университета Канадзавы под руководством нейробиолога и нейрофизиолога Харухиро ХИГАШИДА — ученика Нобелевского лауреата Маршалла НИРЕНБЕРГА, разработавшего совершенно новый способ изучения возбудимости нервных клеток. Именно в Японии я стала заниматься исследованием головного мозга в эксперименте и буквально загорелась этой темой. Получив сертификат по молекулярной нейробиологии и биофизике, вернулась домой с огромным желанием продолжить начатое.

Только вперёд

— Наверное, в 90-е годы в Красноярске было не до фундаментальной науки?

— Экспериментальными исследованиями головного мозга в краевом центре тогда никто не занимался, потому что сами по себе такие исследования — очень дорогое удовольствие, затратное с точки зрения и ресурсов, и времени. Требуются особые экспериментальные модели, высокоспециализированное оборудование. А мне хотелось быстрее идти вперёд, потому что освоила много новых методов, которыми до этого не владела, поняла, как можно изучать взаимодействие клеток мозга, какие процессы в них происходят, когда мы думаем, что-то запоминаем… А материальной базы для продолжения исследований не было.

Тогда мы с профессором Ивановым активно стали взаимодействовать с Красноярским госуниверситетом по научным проектам в области медицинского применения лазеров, а потом — по образовательному направлению (медицинская физика). Начали проводить междисциплинарные совместные исследования с кафедрой квантовой электроники (ее возглавлял Александр Сергеевич ПРОВОРОВ). Сотрудничала я и с КНЦ СО РАН, где работал профессор Владимир Прокопьевич НЕФЁДОВ, руководивший Центром исследования экстремальных состояний организма, мы делали совместную работу по изучению молекулярных механизмов устойчивости клеток к повреждающему действию внешних факторов.

Поэтому даже в тот достаточно сложный для науки период я не останавливалась, и здесь, думаю, сказались гены моего папы — инженера, построившего несколько крупных промышленных предприятий в регионе, чьим девизом в жизни было «Бороться и искать, найти и не сдаваться». Вообще, я уверена, что все самое значимое в жизни случается благодаря родителям и учителям.

А в 1997 году по приглашению моего научного руководителя Харухиро Хигашида я вновь уехала в Университет Канадзавы по контракту и продолжила там исследования головного мозга, в этом же году защитила докторскую диссертацию. После возвращения в Красноярск работала профессором кафедры патофизиологии, а с 2002 года — заведующей кафедрой биохимии в медицинском институте. Вскоре в нашем вузе была создана биохимическая научная межкафедральная лаборатория, и жизнь показала, что всё самое интересное рождается на стыке наук — когда над клиническими задачами работают вместе специалисты в области фундаментальной и клинической медицины. Со временем межкафедральная лаборатория разрослась благодаря поддержке руководства вуза, привлечению крупных грантов, увеличению числа партнёров по проектам, приходу новых исследователей, и трансформировалась 10 лет тому назад в НИИ молекулярной медицины и патобиохимии. Структура научно-исследовательского института (он сейчас является центром коллективного пользования нашего университета) позволила нам всё больше внимания уделять нейробиологическому направлению. Этому же способствовало развитие связей с ведущими профильными научными центрами Российской Федерации и зарубежных стран. Так, с 2006 года наш ключевой партнёр — Научный центр неврологии (Москва), поэтому на развитие наших исследований значительное влияние оказали академик Зинаида Александровна СУСЛИНА, профессор Александр Александрович БОЛДЫРЕВ, и сейчас мы решаем много совместных задач с коллективом этого центра.

Не для слабых…

Экскурсия в лабораторию КрасГМУ начинается с кабинета клеточной электрофизиологии и нейробиологии.

— Это большая электрофизиологическая станция с манипуляторами, для того чтобы записывать, как работают ионные каналы в отдельных клетках головного мозга и как они пропускают ионы через мембраны, — поясняет Алла Борисовна. — Проточный цитометр, микроскоп высокого разрешения, оборудование для получения срезов головного мозга, для культивирования клеток — это все для того, чтобы изучать, как взаимодействуют клетки друг с другом, и как эти процессы нарушаются при заболеваниях головного мозга. В России таких лабораторий немного, поэтому приезжают сюда поработать наши коллеги и аспиранты из Казани, Саратова, Барнаула и Москвы.

За дверью, где культивируют клетки, стерильно, как в операционной, в соседнем кабинете — высокоточное оборудование для введения в ткань головного мозга экспериментальных животных химических веществ и забора биологических проб.

— В эксперименте с животными мы можем изучать поведение, когнитивные функции, память, исследовать, какие процессы при этом происходят в головном мозге, — объясняет А.Б. Салмина и, уловив моё смятение, добавляет. — У профессора Хигашида в кабинете висел в своё время плакат: если мы не будем экспериментировать на животных, то кто найдёт реальных убийц? К сожалению, современная экспериментальная наука пока невозможна без такого подхода, но мы применяем все этические нормы и специальные регламенты.

Рождение нервных клеток

— Кстати, вы помните, что нервные клетки не восстанавливаются? — спрашивает профессор, и в её вопросе чувствуется подвох...

— Конечно, а разве не так?

— Так, но на смену им приходят новые клетки. И некоторые патологические состояния могут либо сопровождаться усиленным нейрогенезом (рождением новых нейронов), либо, что встречается чаще, усугубляться подавленным нейрогенезом. В итоге возникают когнитивные нарушения — ухудшение памяти и т.д. Что мы делаем в своей лаборатории? Культивируем стволовые клетки мыши или крысы в специальных условиях и затем отслеживаем, как они развиваются на разных стадиях, пока не превратятся в зрелые нейроны.

Ключевая проблема в таких событиях — микроокружение. Нас интересует, что именно заставляет в определённый момент включить в клетках механизмы, управляющие нейрогенезом. Сейчас активно работаем в этом направлении в соответствии с государственным заданием Министерства здравоохранения РФ. А вот совместно с японскими партнёрами изучаем механизмы развития головного мозга, формирования социального поведения и то, как эти механизмы повреждаются, например, при аутизме и депрессии.

Социальный мозг

По статистике, заболеваемость депрессией в мире растёт в геометрической прогрессии. По данным ВОЗ, к 2020 году депрессия станет первой в списке наиболее распространённых заболеваний, обогнав даже сердечно-сосудистые и онкологические. В этом году в НИИ молекулярной медицины КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого открылась российско-японская лаборатория изучения социального мозга, работу которой с японской стороны курирует профессор Харухиро Хигашида, а с российской — молодой доктор наук Ольга Леонидовна ЛОПАТИНА.

— В фокусе исследований новой лаборатории — механизмы действия нейропептида окситоцина, который регулирует чувство доверия, социальные взаимодействия, а недостаток секреции окситоцина характерен для аутизма. Кроме того, мы используем модель депрессии и аутизма на животных, что позволяет изучать нейровоспаление и то, как в ткани головного мозга формируются и работают особые молекулярные «машины» — инфламмасомы. Сейчас мы продолжили эти исследования на модели болезни Альцгеймера (эта работа поддержана грантом Президента РФ для ведущих научных школ РФ).

Изучение молекулярных механизмов социального поведения у нас уже более 10 лет ведётся в тандеме с японскими партнёрами. По статистике, в некоторых странах наблюдается лавинообразное увеличение количества заболевших аутизмом. Много есть гипотез и теорий. Мы с японскими партнёрами в 2007 году опубликовали совместную работу в журнале «Nature» по поводу того, что мутация гена (СD38), до этого никак не связанного в понимании учёных с развитием аутизма, приводит к аутистическому поведению у животных из-за нарушения секреции окситоцина в ткани головного мозга. Особи, у которых выключен этот ген, демонстрируют аутизмоподобные признаки: склонны к социальной изоляции, у них нарушено социальное распознавание и т.д. Но не у всех людей, страдающих аутизмом, есть дефект этого гена, тем более уже известно более 20 генов, мутации которых могут привести к аутизму. Так что, это большое поле для деятельности.

Открытие на стыке наук

— На протяжении многих лет мы активно работали с кардиологами, пульмонологами, хирургами, акушерами-гинекологами, изучали механизмы дисфункции эндотелия (это слой клеток, который выстилает все кровеносные сосуды), — продолжает Алла Борисовна. — Благодаря работе клеток эндотелия регулируются не только свойства крови, которая протекает по сосудам, но и активность клеток окружающих тканей. Дисфункция эндотелия сопровождает развитие гипертонической болезни, бронхиальной астмы, системного воспалительного ответа организма.

Однажды мы подумали: интересно было бы посмотреть, как ведёт себя эндотелий в сосудах головного мозга. И не в самых крупных, а в микрососудах — капиллярах, которые обеспечивают обмен между кровью и тканью мозга. Так мы пришли к изучению гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), который, с одной стороны, защищает мозг, а с другой — препятствует прохождению в его ткань многих лекарственных препаратов и влияет на течение заболеваний в нём. Имея в своем распоряжении модели некоторых заболеваний головного мозга, мы сфокусировались на том, как работает ГЭБ, например, при перинатальном повреждении (эти исследования были поддержаны грантом Российского научного фонда, и выполняли мы их совместно с педиатрами). Для того чтобы решать такие задачи, мы создали собственную модель ГЭБ in vitro из клеток разных видов (церебральный эндотелий, астроциты, нейроны) и можем в пробирке изучать, как проникают через ГЭБ разные вещества и как он повреждается при заболеваниях.

Кстати, в России, кроме нас, моделированием ГЭБ в пробирке не занимается больше никто, хотя в мире это направление активно развивается. Вот сейчас нам интересно, как эта модель поведёт себя при развитии нейровоспаления при менингите (здесь мы работаем совместно с нашими инфекционистами).

Спасительный ансамбль

— Алла Борисовна, сейчас много пишут о человеко-машинном интерфейсе. Что за штука такая и какое отношение ваше НИИ к этому имеет?

— Это большая исследовательская область, стоящая на пересечении нейробиологии, нейрофизиологии, информационных технологий, биоинженерии. Исследования того, как взаимодействуют друг с другом клетки головного мозга, как это реализуется в передаче сигнальной информации, как регулируются их взаимодействия, очень важны для данной области знаний.

Почему это так важно? Можно восстанавливать дефицитные функции головного мозга. Одна из проблем регенеративной медицины заключается в том, что получать разные типы клеток из стволовых хорошо научились, но как решить вопрос с их интеграцией в ткани? Станут ли они функционально компетентными? К сожалению, в большинстве случаев ответ отрицательный. Это тоже большая область для исследований. Например, изучая процессы нейрогенеза в нейрогенных нишах головного мозга, мы можем оценить степень интеграции клеток в существующие мультиклеточные ансамбли.

«Птенцы» гнезда Салминой

В штате НИИ молекулярной медицины и патобиохимии — в основном молодёжь: доктора наук (им чуть больше 30 лет), ещё более молодые кандидаты наук и аспиранты.

— Кто-то из учёных сказал, что фундаментальные и прикладные исследования отличаются только скоростью приложения результата…

— Всё верно, — соглашается Алла Борисовна. — Но в медицине бывают исключения. Лауреат Нобелевской премии японский учёный Синья ЯМАНАКА описал технологию получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из соматических клеток человека и буквально через пару лет получил Нобелевскую премию за эту технологию. А сейчас она уже широко используется в лабораториях, и есть даже попытки её тестирования в клинической практике за рубежом. Наш век такой быстрый, что заниматься фундаментальной наукой чрезвычайно интересно.

И знаете, какая у нас наметилась тенденция? Молодые учёные, которых мы готовим, пробуют себя в разных лабораториях, работают в городах России и за рубежом. Не скрою, очень приятно, что многие из них возвращаются в наш университет. Это происходит потому, что человек ощущает себя членом команды, видит перспективу, ценит созданные условия, дорожит кругом общения.

Думаю, задача руководителя — создать то самое «микроокружение», которое будет способствовать развитию молодых учёных, стимулировать их к научному поиску, взаимодействию друг с другом. Так что, видите, — улыбается Алла Борисовна, — все то, что мы изучаем на клеточно-молекулярном уровне, имеет приложение в реальной жизни уже сейчас.

— Алла Борисовна, как вы всё успеваете: быть экспертом РАН, рецензентом ведущих международных журналов; организовывать международные научные форумы; научной школой руководить, эксперименты проводить, труды писать, преподавать, молодых учёных «выращивать» и ещё много чего?..

— Потому что работаю в команде — нашем исследовательском коллективе, где все решают общие задачи и успешно взаимодействуют друг с другом.

— А как же семья, свободное время?

— Муж — доктор физико-математических наук Владимир Валерьевич САЛМИН — всегда рядом, он заведует кафедрой медицинской и биологической физики в нашем университете, дочери — 16 лет, она интересуется математикой, физикой и химией. И все мои родные поддерживают меня.

— Все разговоры дома только о науке?

— Пятьдесят на пятьдесят. У нас с мужем — большая область совместных интересов. Мы и познакомились благодаря работе над общим проектом. Такое единение очень сильно помогает во всех смыслах.

Если у меня есть возможность отдохнуть — иногда просто хочется побыть дома с семьёй. Мы любим вместе смотреть научно-фантастические сериалы и проводить свободное время с друзьями и родными. Любой нейробиолог вам скажет, что такое общение повышает уровень окситоцина в головном мозге, а значит, улучшает настроение и обладает замечательным противострессовым эффектом!

Вера КИРИЧЕНКО