EPFL и Гарвард обнародовали совместную программу исследований |EPFL et Harvard Medical School dévoilent le programme collectif de recherches en neuroingénierie

В ноябре прошлого года мы сообщали об эпохальном соглашении между Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL) и медицинским институтом Гарвардского университета, Harvard Medical School (HMS). Благодаря поддержке Фонда Бертарелли, вложившего в проект 3,6 миллиона долларов, два сильнейших университета смогли объединить свои усилия в изучении и разработке методов лечения сложных неврологических патологий. Этой осенью швейцарская и американская высшие школы обнародовали программу совместных исследований: шесть научных проектов, которым суждено стать премьерой в нейроинженерии и, вполне вероятно, совершить революцию в лечении неврологических заболеваний. Основываясь на последних достижениях генотерапии, оптической томографии и систем взаимодействия между человеком и компьютером, исследователи EPFL и Гарвардской медицинской школы попробуют найти новые клинические методы лечения патологий спинного мозга и слухового аппарата.

Пять из шести научных проектов, включенных в Программу Бертарелли по нейроинженерии, направлены на разработку новых методов диагностики и терапии широкой гаммы заболеваний слуха, в первую очередь, глухоты, вызванной генетическими отклонениями или внешними факторами. Шестой проект основывается на новейших достижениях EPFL в области стимуляции спинного мозга и, благодаря сотрудничеству с Гарвардом, выйдет на следующий этап: конечная цель – разработать электронные механизмы, позволяющие восстанавливать нарушенные нервные соединения в спинном мозге.

Видеть то, что мы слышим

Главная проблема диагностики патологий слухового аппарата заключается в том, что врач не может рассмотреть вблизи ткани и клетки внутреннего уха. В последние годы введение микро-эндоскопов немного облегчило задачу, но необходимость использования флуоресцентных маркеров по-прежнему затрудняют диагностику для человека. В то же время, инженеры и физики EPFL уже давно разработали метод оптической визуализации без применения красящих веществ. Профессор Федеральной политехнической школы Лозанны, специалист по оптофлюидным системам Деметри Псалтис будет сотрудничать с гарвардскими врачами-отиатрами в целях разработки совершенно новой методики визуализации для внутреннего уха. Исследователи попытаются оптимизировать инновационные методы диагностики, позволяющие насквозь просматривать ткани благодаря световым волнам.

Генотерапия для борьбы с врожденной глухотой

Генотерапия – относительно молодая область исследований, объединяющая принципы генной инженерии, биотехнологий и медицины для внесения изменений в генетический аппарат человека в целях лечения сложнейших заболеваний. Сегодня один ребенок из тысячи рождается с нарушениями слуха, часто вызванными генетическими патологиями. Метод генотерапии основывается на введении генетически модифицированных вирусов, транспортирующих «корректирующие» гены к клеткам с мутированными генами, вызвавшими заболевание. Первые неудачи подобных опытов охладили пыл специалистов, но недавние исследования возродили надежду, что генетические заболевания слухового аппарата можно излечивать генотерапией.

Основная проблема – на данный момент ученым известно не так много вирусов, способных проникнуть в чувствительные клетки слухового аппарата. Профессор Джеффри Холт из Гарвардского университета, специалист с мировым именем по физиологии слуховых клеток и врач Детского госпиталя в Бостоне, совместно с экспертом Федеральной политехнической школы Лозанны в области генотерапии будут исследовать новые вирусы, способные транспортировать гены к пораженным тканям слухового аппарата. Опыты на лабораторных мышах должны привести исследователей к разработке метода, применимого для лечения врожденной глухоты у человека.

Лечение глухоты регенерацией клеток и нейронов

Потеря слуха у пожилых людей, в большинстве случаев, вызвана отмиранием чувствительных слуховых клеток и нейронов во внутреннем ухе. Последнее может быть вызвано шумом, инфекциями и даже некоторыми лекарствами и сопровождается ощущением постоянного гудения в ушах. Слуховые клетки, к сожалению, не восстанавливаются так, как способны делать это клетки кожи или крови. Первый этап на пути к лечению такого типа глухоты – найти способы регенерации слуховых клеток и нейронов внутреннего уха. Недавно исследователям Гарвардской медицинской школы удалось изолировать клетки внутреннего уха в процессе развития и генетически увеличить скорость их размножения.

Отныне задача заключается в том, чтобы трансформировать эти клетки в слуховые и нервные. Эксперт с мировым именем по развитию внутреннего уха, профессор Гарварда Лиза Гудрих будет работать вместе со специалистом EPFL по биоинженерии Матиасом Лутольфом над исследованием молекулярных изменений в размножающихся клетках внутреннего уха. С помощью компьютерной программы, позволяющей одновременно тестировать тысячи молекулярных комбинаций, ученые попытаются идентифицировать факторы, способные превратить размножающиеся клетки в слуховые и нервные. Если им удастся найти ключ к загадке природы, лечение приобретенной глухоты медикаментами может стать реальностью.

Лекарство против глухоты

Впрочем, с того момента, как ученые научаться регенерировать слуховые клетки в лаборатории, им предстоит немалый путь, прежде чем новую терапию можно будет применить для лечения пациентов. Сначала необходимо разработать новые лекарства для внутреннего уха и найти правильные химические компоненты, действующие целенаправленно и постепенно, в течение нескольких месяцев, не принося вреда чувствительным органам слуха. Поиском такого рода препаратов займется отдельная группа исследователей, возглавляемая специалистом по регенерации слуховых клеток Гарвардской медицинской школы и биоинженером EPFL. Совместно они будут определять, какие вещества и технологии применимые к внутреннему уху и способствуют восстановлению клеток. Зафиксированные гидрогелями или другими революционными материалами, данные вещества после введения в ухо действовали бы на оставшиеся там клетки, стимулируя их размножение и превращение в слуховые.

Новое поколение слуховых имплантатов

Современные имплантаты слухового ядра, улитки, основаны на механизме, позволяющем обойти повреждения внутреннего уха передачей звукового сигнала прямо к слуховому нерву. Такой нейропротез в последние десятилетия пользовался невероятным успехом: более 200 000 экземпляров было продано во всем мире. Однако значительная часть заболеваний слухового аппарата не поддается действию нейропротеза, поэтому растет потребность в протезе, действующем не на слуховой нерв, а непосредственно на ствол головного мозга.

Первые попытки разработать подобный протез дали противоречивые результаты по двум причинам: либо электрическая стимуляция не позволяла достигнуть необходимого уровня точности, либо имплантированные электроды оказались недостаточно гибкими для прилегания к нервной ткани. Специалисты HMS совместно с коллегами из EPFL изучат возможности оптической стимуляции улитки и ствола головного мозга, позволяющей достичь большей точности в передаче сигнала. Параллельно исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны разработают комбинированный электронно-оптический метод стимуляции, облегчающий манипуляцию имплантатами при введении в ухо.

Заново научиться ходить

Повреждения спинного мозга влекут за собой самые тяжелые последствия – параплегию без надежды на излечения, ибо головной мозг лишается возможности посылать сигналы в конечности. Исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны уже сделали революционные открытия в области стимуляции спинного мозга с помощью электродов и медикаментов, способных «разбудить» парализованные участки, контролирующие движения ног. В лабораторных условиях животные с повреждениями спинного мозга снова смогли ходить, однако непроизвольно. Чтобы движение получалось осознанным и контролируемым, необходим сигнал из головного мозга. Исследователи Гарвардской медицинской школы параллельно работают над генетическими способами регенерации нервных связей, пострадавших при несчастном случае. Совместная работа направлена на разработку методов, которые в будущем, возможно, позволят парализованным пациентам снова встать на ноги.

Официальное начало партнерства Федеральной политехнической школы Лозанны и Гарвардской медицинской школы будет отмечено симпозиумом по нейроинженерии, который пройдет в Гарварде с 28 по 29 октября.