Мозг выздоравливает на свету

Проект ученых Саратовского государственного национального исследовательского университета имени Н. Г. Чернышевского (СГУ) по светотерапии мозга готовится к клиническим испытаниям. Ученые изменили внешний вид устройства, известного мировому сообществу как умная шапочка для лечения во сне.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Шапочка превратилась в ленту и стала удобнее в использовании. Сейчас изобретение проходит проверку на безопасность. Об этом рассказала заведующая кафедрой физиологии человека и животных и заместитель руководителя Научного медицинского центра СГУ, профессор Оксана Семячкина-Глушковская: «Сейчас у нашего устройства совсем другой дизайн. Клиницисты предложили заменить шапку на тонкую и гибкую ленту, которую можно вставлять в любую удобную форму для пациентов: банданы, косынки, ободки. В данный момент проводятся технические испытания этой разработки. Осенью мы должны получить документ о безопасности созданной технологии. Затем подадим запрос в Росздравнадзор на клинические испытания».

Группа ученых Научного медицинского центра СГУ ведет разработки инновационных устройств — умной шапочки, предназначенной для лечения болезни Альцгеймера, а также проводит исследования в области неинвазивных технологий для детоксикации головного мозга совместно с коллегами из Хуачжонского университета науки и технологии (город Ухань). Эти проекты встают в ряд передовых наряду с изобретениями всемирно известных компаний, использующих микрочипы для управления мышцами с помощью силы мысли.

По статистике у 35% людей, спящих менее шести часов, через 20 лет развивается деменция. Это происходит, потому что мозг выводит токсины только во сне, но времени на этот процесс оказывается недостаточно. В новой технологии применяется процесс фотобиомодуляции, основанной на использовании лазеров в инфракрасном диапазоне. Они воздействуют на мозг во время глубокого сна и стимулируют движение лимфы по сосудам, вместе с ней выводятся и вредные белки.

«Когда человек засыпает, мозг превращается в “стиральную машинку” и вымывает токсичные вещества, — разъяснила Оксана Семячкина-Глушковская. — С помощью воздействия светом активируются сосуды-“пылесосы”, вычищающие ткани мозга».

Сосуды-«пылесосы» эффективно работают и после катастроф мозга, например черепно-мозговых травм. Кровь быстро выкачивается из мозга, и это помогает человеку быстрее восстановиться. В перспективе метод воздействия светом может использоваться не только для лечения, но и, например, для обучения во сне, поскольку фототерапия способствует быстрому запоминанию информации.

Устройство, которое предлагают университетские ученые, непростое. Уже во время доклинических исследований они столкнулись с необходимостью создания портативной, легкой и комфортной технологии, которая не мешала бы спать. Для последующей работы пришлось изменить не только размер, но и форму изобретения для удобного использования людьми.

В 2025 году запланированы клинические исследования по проекту. На первом этапе их пройдут 30 человек, у которых диагностирована ранняя стадия болезни Альцгеймера. Группа уже подобрана, с каждым ее участником будет заключено соглашение на согласие проведения исследований технологии с их участием.

Клинические испытания будут проводиться десять дней в стационарных условиях. По окончании специалисты возьмут у пациентов анализы на уровень токсичных белков, которые мешают запоминанию информации. Для перехода к следующему этапу необходим еще ряд обследований, в том числе тесты на амилоид, определение маркеров воспаления мозга, проверка когнитивных функций и другие.

Подобные испытания на мышах диагностировали выздоровление генетически модифицированных особей с болезнью Альцгеймера. Поэтому команда проекта надеется на хорошую динамику исследований и получение лицензии для распространения технологии.

«Очень важно, когда образовательная организация не только имеет свою технологию, но и получает возможность выпустить ее на рынок,— отмечает Оксана Семячкина-Глушковская.— Это будет огромным шагом вперед. Я уверена, что многие талантливые ребята смогут выводить инициативы в мир и реализовывать амбициозные идеи».

Сотрудничество с китайскими коллегами, как отметила профессор, ведется уже много лет: идеи подхватываются группой, к проектам подключаются молодые ученые, и сегодня коллектив соратников и коллег можно назвать семьей.

Во время IX Российско-китайского молодежного форума «Волга—Янцзы» в СГУ профессор Семячкина-Глушковская презентовала гостям из 14 регионов Приволжского федерального округа и шести провинций Китая технологии будущего для лечения заболеваний мозга. Эта лекция произвела на студентов впечатление фантастического фильма.

Идея умной технологии принадлежит ученым Саратовского университета и не имеет аналогов в мире. Она зародилась в лаборатории «Умный сон», созданной в 2019 году для выполнения правительственного мегагранта «Лимфасон». Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) №23-25-00296 и согласуется со стратегическими проектами СГУ в рамках федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».

Оксана Семячкина-Глушковская, доктор биологических наук, заместитель директора по инновациям и коммерциализации научного медицинского центра СГУ, завкафедрой физиологии человека и животных биологического факультета ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского» ответила на вопросы «Ъ-Науки».

— Что такое светотерапия мозга? С помощью каких технологий это работает?

— Светотерапия мозга — это терапия с помощью света. Существует понятие так называемого терапевтического окна, когда применяется световое излучение с длинами волн от 600 до 1300 нанометров. Каждая длина волны, естественно, имеет свои терапевтические эффекты, поэтому для разных патологий применяются разные длины волн.

Технология фотобиомодуляции была предложена около 50 лет назад. Впервые ее разработали сначала для лечения облысения и стимуляции роста волос на голове, но впоследствии стало очевидно, что фототерапию или фотобиомодуляцию можно использовать также для лечения заболеваний мозга, в частности таких, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, травмы головного мозга, депрессии.

Связано это с тем, что фотобиомодуляция, в основе которой лежит прохождение света через кожу головы и череп, достигая поверхности мозга, оказывает стимулирующие эффекты на энергетические ресурсы нейронов, то есть клеток мозга. Фотобиомодуляция также повышает микроциркуляцию, то есть кровоснабжение тканей мозга, способствуя лучшему питанию нейронов, что очень важно для восстановительных свойств мозга и его нейронов.

Технологии фотобиомодуляции представляют собой как правило девайсы в виде шлемов, шапок со встроенными либо лазерами, либо светодиодами, излучающими свет на определенной длине волны, как уже было отмечено, от 600 до 1300 нанометров. В медицине преимущественно используют светодиоды, потому что они более безопасны.

— Обычно светотерапией лечат кожные заболевания. Почему мозг «отвечает» на светотерапию? С какими его особенностями это связано?

— Кожные заболевания лечат разными, в том числе фармакологическими, препаратами. Точно так же и мозг. На самом деле исследование фотобиомодуляции в качестве терапевтического подхода в лечении заболеваний мозга возникло не так уж и недавно. Это направление развивается уже около 20 лет.

Свет на определенных длинах волн, в основном от 800 и выше, может достаточно эффективно проходить через череп, достигая поверхности мозга. Когда мы говорим о лечении, например, болезни Альцгеймера, Паркинсона или травм головного мозга, мы не можем говорить о том, что свет воздействует на конкретную причину этого заболевания. Всегда речь идет о неспецифическом фотовоздействии, связанном с повышением, например, синтеза оксида азота в эндотелии кровеносных сосудов. За счет этого увеличиваются микроциркуляция, приток крови, соответственно, кислорода. Это все необходимо для регенеративных механизмов, то есть восстановления нейронов при различных патологиях. А второе — это повышение энергетического статуса за счет увеличения энергетики в митохондриях. Есть определенные субстраты в митохондриях, которые непосредственно реагируют на свет. Например, цитохромсиоксидаза, или еще называют оксиредуктаза. Этот фермент, располагающийся в митохондриях, включается в дыхательную цепь переноса электронов в митохондриях. При этих процессах образуется энергия. Она усиливается активностью этого фермента, за счет чего образуется АТФ, необходимая для энергетики клетки. Но это все неспецифические механизмы.

Однако, когда недавно были открыты менингеальные лимфатические сосуды (МЛС) в оболочках мозга, стало очевидно, что у фототерапии появились мишени специфического воздействия.

Meninx (лат.) — это оболочки, поэтому лимфососуды, которые тут располагаются, называются менингиальные лимфососуды. Фотобиомодуляция способна воздействовать на их функцию и активно включать их в процессы выведения из тканей мозга токсинов и ненужных метаболитов.

Лимфососуды являются туннелями или, их можно еще назвать сосудами-«пылесосами». Они активно работают только во время сна, а именно глубокого сна, который составляет всего лишь 25% времени от всего сна, то есть это очень короткий период, когда они могут поработать. С током жидкости через эти сосуды выводятся токсины и ненужные метаболиты из мозга. Но если осуществлять фотобиомодуляцию этих сосудов, они могут поработать и в неурочное время.

В лаборатории «Умный сон» разработана пионерская технология, не имеющая аналогов в мире, по фотостимуляции МЛС во время глубокого сна, который определяется с помощью умных часов. Фотостимуляция активирует МЛС, но во время сна эти эффекты удесятеряются, потому что свет добавляет воздействие во время естественной ночной активации МЛС.

С помощью разработанной технологии в доклинических исследованиях установлено, что фотобиомодуляция МЛС повышает устойчивость к развитию онкологии мозга, в частности глиобластомы, способствует быстрому восстановлению после внутричерепных геморрагий, а также активирует эффективное введение токсичного бета-амилоида, который ответственен за развитие болезни Альцгеймера.

— Что такое фотобиомодуляция? Почему ученые решили использовать лазеры именно в инфракрасном диапазоне?

— Фотобиомодуляция — это терапевтическое воздействие, неинвазивное, транскраниальное, то есть через череп, если мы говорим конкретно про фототерапию заболеваний мозга.

Для заболевания мозга, как правило, применяют более длинные волны, от 800 до 1300 нанометров (инфракрасное излучение). Эти волны более эффективно проходят через череп и воздействуют на МЛС.

Открытие МЛС явилось толчком для переворота в биофотонике, потому что появились мишени для прямого воздействия светом для того, чтобы лечить разные заболевания мозга, помогая ему очиститься от ненужных соединений и усиливая его дренаж, создавая для него идеальные условия для баланса в его иммунитете и внутренних метаболических процессах.

Фотобиомодуляция признана американской компанией по контролю за препаратами безопасной, потому что это низкоинтенсивное световое воздействие, которое не оказывает негативных эффектов на организм в силу его низкоинтенсивного воздействия.

— Расскажите подробнее о том, как проверяется безопасность этой технологии.

— В рамках выполнения гранта РНФ №23-75-30001 в нашей лаборатории «Умный сон» мы разработали новую технологию для лечения болезни Альцгеймера во сне. Эта технология для российского рынка абсолютно новая. Поэтому нужно пройти клинические исследования, которые начнутся в 2025 году. Но до этого необходимо получить документы о технической и токсикологической безопасности. Для этого технология посылается в лицензированные фирмы, аккредитованные для проведения подобных испытаний и которые контролируют выполнение всех составляющих новых изделий по ГОСТам.

— Расскажите подробнее об исследованиях в области неинвазивных технологий для детоксикации головного мозга.

— Детоксикация мозга — это выведение ненужных ему токсичных соединений. К примеру, такой метаболит, как бета-амилоид, который образуется в мозге ежедневно. Однако, если он будет откладываться в его тканях по какой-то причине, например, при развитии таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, или травмы, опухоли головного мозга, это сопровождается токсичными эффектами в отношении нейронов. Поэтому для мозга важно, чтобы этот метаболит эффективно выводился из его тканей. МЛС являются туннелями, по которым бета-амилоид выводится из мозга. Применение технологий фотостимуляции МЛС направлено на детоксикацию мозга, то есть на выведение из его тканей токсинов, в частности бета-амилоида. Отметим, что не только заболевания мозга сопровождаются нарушением выведения токсинов из его тканей, но и дефицит сна. Это легко понять. Поскольку МЛС работают во сне, то при его недостатке МЛС не успевают вывести эффективно токсины из мозга. Поэтому сон является важным состоянием для очищения тканей мозга от токсинов.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки