От чего необходимо защитить спинной мозг? Как ни странно, прежде всего от самого себя. В момент травмы, когда спинной мозг повреждается сломанным позвонком или ранящим снарядом, происходит безвозвратная гибель части нервных волокон и клеток. Одновременно, по еще не изученным до конца причинам, запускаются отсроченные, заранее запрограммированные в организме механизмы гибели клеток – так называемый апоптоз. Эта отсроченная гибель клеток происходит в течение длительного времени – до 3 месяцев, и не только в месте травмы, но и на расстоянии от нее. В результате часть клеток, которые не погибли в момент травмы, умирают значительно позже. Механизмы этого процесса изучают во всем мире. Сообщалось о некоторых результатах совместных исследований в области апоптоза, которые получены группой ученых из НИИ нейрохирургии РАМН, НИИ Мозга РАМН и Арканзасского университета медицинских исследований (США). Профессор А. Basnakjan обнаружил, что основой апоптоза является разрушение ядер клеток особыми ферментами – ДНКазами. Они способны разрезать ДНК хромосом и таким образом уничтожить клетку изнутри. В настоящее время идет поиск фактора, способного блокировать ДНКазы. Если он будет найден, то развитие апоптоза можно будет затормозить. Это, в свою очередь, позволит смягчить последствия травмы, сохранив столь необходимые для восстановления нервные волокна и клетки.
Успехи медицинской науки
Говоря о ДНК, нельзя не сказать об интереснейших достижениях генной инженерии. В организме существуют вещества, которые способствуют росту клеток и их отростков. Они называются факторами роста. Продуцирует их сама клетка. Однако по завершении дифференцировки и формирования нейрона выработка этих факторов прекращается. Заставить клетку вновь начать продуцировать эти факторы удалось, добавляя в хромосому участок гена, отвечающего за их выработку. Но как доставить нужный ген в ядро клетки? Для этого используют вирусы, которые способны попасть в клетку практически беспрепятственно. Наиболее часто используют вирус герпеса или аденовирусы. Они, обладая сродством с нервными клетками, могут проникать в нервную ткань и переносить с собой нужные гены. В результате в настоящее время можно не только стимулировать выделение факторов роста, но и изменять клеточную функцию, подавлять апоптоз.
Нервные клетки: и все-таки они восстанавливаются!
Все знают, что нервные клетки не восстанавливаются. Этот афоризм мы часто употребляем в повседневной жизни, не зная, что наука утверждает обратное. Высокоразвитая нервная система способна восстанавливаться, однако для этого необходимо создать особые условия. Несмотря на кажущуюся эффективность экспериментальных исследований, ожидаемых результатов у больных пока не получено. И связано это прежде всего со сложностью, разветвленностью механизмов, влияющих на рост и защиту нервных клеток. Представьте себе, что нервные клетки, которые жестко связаны с определенными мышцами, органами, вдруг бы начали самостоятельно давать отростки, устанавливать новые связи – это бы нарушило всю работу организма. Упрощенно говоря, вместо пальца руки начал бы двигаться палец ноги и т. п. Поэтому организм строго запрещает такие изменения в клетках, что, с другой стороны, приводит к печальным необратимым последствиям при повреждении спинного мозга и торможению его регенерации.
Еще в XVIII веке Спалланцани проводил опыты с пересечением хвоста ящерицы и наблюдал его повторный рост. Возможно, этот идеал восстановительной биологии не будет достигнут. Однако не так давно у человека вблизи желудочков головного и центрального канала спинного мозга обнаружили особые низкодифференцированные клетки, способные делиться, передвигаться и становиться клетками нервной системы. Подобные открытия вселяют определенную надежду на восстановление функции поврежденного спинного мозга.
К этому моменту в эксперименте у грызунов получен рост нервных волокон до 3 сантиметров! Это чрезвычайно значительное достижение. Например, при травме шейного отдела спинного мозга на уровне 5-го шейного позвонка больной не способен к самообслуживанию, а включение сегментов на уровне 6-го и 7-го шейных позвонков позволяет ему самостоятельно принимать пищу и даже управлять инвалидной коляской. Для этого требуется восстановить функцию лишь нескольких сантиметров спинного мозга.
Известно, что нервы руки или ноги, если их вовремя сшить, срастаются и функция конечностей восстанавливается. Но только врачи знают, что это не простое соединение двух концов: после операции должно произойти новое прорастание нервных волокон через место травмы, далее к мышцам и коже; и только тогда вновь появятся утраченные движения и чувствительность. В пересеченном спинном мозге этого не происходит. Поэтому долгое время ученые и врачи считали, что волокна спинного мозга не способны к росту, пока в 1980-е годы Aguayo не провел блестящие опыты, которые доказали обратное. Он соединил отрезком периферического нерва головной (ствол мозга) и спинной мозг. И через несколько недель обнаружил двустороннее прорастание нервных волокон в этом нерве: то есть нервные волокна спинного мозга способны расти. После этого ученые стали активно искать условия, способствующие их росту. Так, было обнаружено, что в составе миелина спинного мозга (вещество, служащее изолятором для нервных волокон, чтобы не произошло «короткого замыкания») имеются особые молекулы, тормозящие рост волокон. К некоторым из этих молекул уже получены антитела, которые улучшают прорастание нервных волокон. Следует понимать, что все описанные опыты проводятся, конечно, на животных, а исследования на человеке начнутся только после длительных лабораторных экспериментов.
Стволовые клетки – надежда XXI века
Особые надежды возлагаются на возможности трансплантации. Для восстановления поврежденного участка спинного мозга и стимуляции его регенерации пересаживают самые разные вещества и клетки: эмбриональные клетки, стволовые клетки – которые еще «не решили, кем им стать»; обонятельные оболочечные глиальные клетки – они способны самостоятельно передвигаться и увлекать за собой растущие волокна; шванновские клетки – полученные из периферических нервов. При использовании этих технологий ученые сталкиваются с множеством трудностей. Например, этические вопросы пересадки ткани эмбриона. Подобные проблемы обсуждаются в парламентах многих стран, и согласие часто труднодостижимо. Выращивание стволовых клеток в лаборатории – очень сложный и дорогостоящий процесс. К сожалению, пока ни одна из техник клеточной пересадки не дала желаемого восстановления функции. Под микроскопом ученые наблюдают приживление клеток, появление отростков и связей со спинным мозгом хозяина, но функционального восстановления не происходит. Одной из причин этого является необходимость не просто создания новых нервных связей, но и их правильного пространственного положения, что в медицине выражается термином «соматотопический порядок». То есть волокна к ладони должны идти к ней, а не к пальцам, волокна к трицепсу должны соединиться с ним, а не с бицепсом и т. д.
В Университете Purdue, США, исследуют возможность имплантации к поврежденному спинному мозгу полиэтиленгликоля – вещества, широко используемого в косметологии. Обнаружено, что в первые минуты после травмы оно способно «залатать» трещины и разрывы в мембранах клеток, тем самым сохраняя возможность проводить импульсы. Возможно, подобные технологии станут доступны хирургам в будущем, когда в первые часы после травмы будет возможно буквально «чинить» поврежденные мембраны.
Очень эффектным оказался эксперимент Cheng и Olson (Швеция), которые после полного удаления части спинного мозга крысы соединили их отрезками периферического нерва. При этом соблюдали пространственную ориентацию нервных волокон: т. е. волокна, идущие к нижним лапам животного, через отрезки нервов соединяли с нервными клетками спинного мозга, которые связаны с этими лапами. Для фиксации имплантатов использовали биологический фибриновый клей, а для усиления роста волокон через пересаженные нервы применяли стимуляторы роста нервов. Как и в других подобных опытах, через несколько месяцев оценивали способность животных удерживать свой вес, активно передвигаться с помощью изначально парализованных лап. Эти функции просчитываются в баллах и суммируются. Часть животных достоверно увеличили свой «счет» по сравнению с контрольной группой. Однако другим исследователям повторить эти результаты не удалось.
Вообще перенос результатов, полученных на лабораторных животных, на человека крайне сложен. Например, у крыс и других животных в самом спинном мозге существует центр движений, который может способствовать восстановлению ходьбы; у человека найти такой центр ученые не могут.
