Сотрудники лаборатории внутриклеточной сигнализации Института биофизики клетки РАН Пущинского научного центра биологических исследований РАН ведут подбор веществ, введение которых способно подавлять гипервозбуждение нейрональных сетей, наблюдающееся при различных патологиях мозга. Задача учёных состоит в поиске соединений, действующих на определённый тип рецепторов и активирующих конкретную популяцию нервных клеток, способную затормозить гипервозбуждение и тем самым предотвратить гибель нейронов головного мозга в результате их чрезмерной активности при травмах или заболеваниях.

Основной моделью в исследованиях сотрудников лаборатории является нейро-глиальная культура клеток гиппокампа крысы. С использованием флуоресцентной микроскопии и комбинации различных флуоресцентных зондов, в реальном времени производится измерение динамики таких биофизических показателей клеток, как внутриклеточная концентрация ионов кальция, натрия, калия, а так же рН и потенциала мембраны митохондрий.

«Приступы эпилепсии возникают в результате гипервозбуждения нейрональных сетей и сопровождаются синхронными колебаниями внутриклеточной концентрации кальция в большом количестве нейронов. При помощи различных веществ подобные приступы можно моделировать в нейрональных культурах, а если предварительно «загрузить» клетки флуоресцентными красителями, то можно в реальном времени регистрировать изменения концентрации внутриклеточного кальция и других показателей. После загрузки красителя стекло, на котором располагаются образующие сети нейроны и астроциты, помещается в поле зрения микроскопа.

Клетки в культуре постоянно общаются друг с другом за счёт химических и электрических контактов. Мы индуцируем гипервозбуждение и отслеживаем изменения биофизических параметров нейронов и астроцитов, чтобы лучше понять какие внутриклеточные процессы сопровождают тот или иной патологический процесс. В результате анализа полученных данных выбирается мишень, воздействие на которую, предположительно, может оказывать положительный эффект. Проверка эффективности того или иного препарата проводится непосредственно по его способности подавлять гипервозбуждение и восстанавливать нормальные внутриклеточные показатели клеток», – рассказывает о своих исследованиях младший научный сотрудник Артём Михайлович Косенков, ставший в этом году победителем конкурса на участие в государственной программе Московской области «Социальная ипотека».

«Колебания флуоресцентного сигнала, которые мы видим на мониторе, отражают периодические изменения внутриклеточной концентрации ионов кальция. В мозге подобные синхронные кальциевые осцилляции имеют место при эпилепсии и других патологиях, сопровождающихся гипервозбуждением нейрональных сетей. Клетки загружены флуоресцентным красителем, который возбуждается при попадании на него света определенной длины волны и сам в свою очередь испускает свет другой длины волны. Этот испускаемый свет мы и регистрируем специальной высокочувствительной камерой. Важно отметить, что краситель возбуждается, только когда связан с ионами кальция, соответственно, чем больше в клетках кальция, тем больше молекул красителя светится и больше испускаемого света попадает на матрицу камеры», – рассказал Артём Косенков.

Артём Михайлович закончил Московскую Ветеринарную академию им. К. И. Скрябина. Заинтересовавшись лекциями Симона Эльевича Шноля, решил подробнее узнать о городе Пущино, приехал познакомиться с институтами и лабораториями.

«Заведующий лабораторией внутриклеточной сигнализации Института биофизики клетки РАН Валерий Петрович Зинченко рассказал мне много интересных вещей про кальций, нейроны, и я у него и остался. Поступил в магистратуру ПущГЕНИ, затем в аспирантуру РАН, и всё это время проработал в одной лаборатории. Мы начинали с моделирования патологий, в первую очередь печёночной энцефалопатии. При этом заболевании вследствие нарушения работы печени в тканях повышается концентрация аммиака, который оказывает токсическое действие на мозг. Это приводит к гибели нейронов. Мы на клеточном уровне моделировали патологический процесс добавлением аммония в клетки, изучали механизм их гибели и на основе этого пытались предложить какие-то пути по её предотвращению. Потом начали заниматься другими патологиями, включая эпилепсию, травматические повреждения мозга. На клеточном уровне изучали механизмы, на их основе предлагали подходы и уже конкретные мишени для разработки препаратов».

Кандидатура Артёма Косенкова была единогласно поддержана членами Учёного совета ИБК РАН для участия в подпрограмме «Социальная ипотека» государственной программы Московской области «Жилище».

«Артём Михайлович Косенков занимается изучением механизмов гибели нейронов гиппокампа, а также поиском эффективных методов предотвращения массовой гибели клеток при различного рода патологиях мозга, сопровождающихся гипервозбуждением. Тематика работ полностью соответствует приоритетному для Московской области направлению развития науки, технологий и техники – „Медицина и фармацевтика”, утвержденному распоряжением Правительства Московской области № 446-РП от 26.12.2016. Среди наиболее значимых достижений следует отметить разработку новых подходов для подавления гипервозбуждения нейрональных сетей за счет селективной активации ГАМКергических нейронов и астроцитов гиппокампа. Детальное изучение механизмов данных процессов вносит весомый вклад в развитие фундаментальной медицины, и в дальнейшем полученные результаты могут лечь в основу разработки новых эффективных нейропротекторных стратегий, выгодно отличающихся от уже имеющихся направленным действием», – сообщила Ирина Станиславовна Масулис, заместитель директора ИБК РАН, кандидат биологических наук.

Члены Учёного совета института отмечают, что Артём Михайлович Косенков активно представляет полученные результаты на международных и российских конференциях. Помимо этого, он является действующим членом оргкомитета международной конференции «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация», проводимой каждые два года на базе ИБК РАН – структурного подразделения ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН». Также Артём Михайлович является соавтором 12 публикаций в отечественных и зарубежных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus (преимущественно Q1 и Q2).

«На конкурс по „Социальной ипотеке” я подавал комплекс работ, связанных с изучением гипервозбуждения нейрональных сетей. Это состояние, которое возникает при различных заболеваниях – эпилепсии, печёночной энцефалопатии, ишемии, травматических повреждениях. Мы обнаружили особый тип нейронов, который можно избирательно активировать. Данные нейроны являются тормозными, и их активация приводит к подавлению гипервозбуждения. До этого о такой популяции никто не знал. Мы предполагаем, что использование определённых веществ, которые селективно активируют эту группу нейронов непосредственно в мозге, будет подавлять гипервозбуждение при различных патологиях, и тем самым предотвращать гибель в результате чрезмерной активности нейронов», – пояснил младший научный сотрудник ИБК РАН Артём Косенков.

Как отмечает молодой учёный, до этого момента сотрудники лаборатории занимались фундаментальными исследованиями, изучая принципы и механизмы возникновения тех или иных патологий. Эффективность предложенного подхода к подавлению гипервозбуждения нейрональных сетей показана на клеточных культурах. Артём Косенков отмечает, что продолжение исследований и подбор веществ, оказывающих направленное действие на определённые участки мозга, очень актуальны.

«Нейронов различных подтипов много. Обычно вводимые лекарственные препараты, например, противоэпилептические, могут иметь побочные эффекты, воздействуя на различные внутриклеточные сигнальные пути. И когда они попадают в кровь пациента, могут связываться с рецепторами или каналами, которые имеются во всех клетках мозга. Также есть вероятность воздействия на другие возбудимые клетки, например кардиомиоциты. Соответственно эти препараты изменяют функцию большого количества клеток, – поясняет Артём Косенков. – Наша задача – подобрать вещество, которое является агонистом рецептора в конкретной популяции тормозных нейронов и тем самым выборочно, активирует именно этот тип клеток мозга. И если мы введём какое-то вещество, которое активирует одну популяцию клеток, которая за счёт своих собственных сил затормозит гипервозбуждение, то тем самым мы подавим, например, приступ эпилепсии. Такой подход минимизирует побочное действие препаратов и не слишком сильно перестраивает нейронные сети».

В перспективе, в сотрудничестве другими институтами химического профиля, исследователи планируют синтезировать определённые соединения для их последующего тестирования. Помимо подавления эпилептической активности, сотрудники лаборатории также занимаются решением проблемы посттравматической гибели клеток.

Источник: Пущинский научный центр биологических исследований РАН.