Не штучний інтерес

Алекс Щегловитов родом із Шостки Сумської області, закінчив фізико-технічний інститут Київської політехніки, після чого вступив до аспірантури Інституту фізіології НАН України, обравши напрямок біофізики. Після аспірантури Алекс поїхав до Сполучених Штатів «навчатися чогось нового». Уже понад десять років науковець працює в США, зараз він — доцент Університету Юти, керує лабораторією при ньому.

З Алексом спілкуємось під час форуму Single-cell RNABIO, який відбувся наприкінці вересня у Києві, в інноваційному парку UNIT.City. Подію організували українські науковиці Ніка Гур’янова та Аліна Фролова (інтерв’ю з Нікою нещодавно виходило у «Дні», матеріал «Великі перспективи міні-органів», №180-181 за 5—6 жовтня ц. р.), тоді вчені з США, Німеччини, Іспанії та Австралії ділилися досвідом сучасних методів досліджень у медицині та біології. Алекс, власне, відкривав форум. І не дивно, адже в його лабораторії вирощують органоїди головного мозку. Головне завдання дослідників — максимально вивчити механізм роботи нейронів і синапсів, що може допомогти лікувати тяжкі хвороби й розлади.

Алекс зазначає, що нейрони — це надзвичайно важливі клітини мозку, які відповідають за все, що там генерується, включаючи пам’ять, почуття і позитивні або негативні емоції. Синапси ж є структурами, за допомогою яких нейрони розповсюджують і отримують інформацію в мозку, їх можна порівняти з журналістами, які також відповідають за поширення коректної інформації в суспільстві.

Дослідник, посміхаючись, зізнається, що зараз йому складно швидко добирати наукові терміни українською, а коли він переїхав до Америки, було навпаки. При цьому Алекс дуже любить Україну, каже, що із задоволенням приїжджає сюди, щоб, наприклад, виступити з лекцією. З Алексом Щегловитовим ми говорили про те, як досліджують поведінку нейронів, про вирощування штучних міні-органів, наукові пошуки і трохи про біомедицину в Україні.

«МИ ВИВЧАЄМО ПРЕФРОНТАЛЬНУ ДІЛЯНКУ КОРИ МОЗКУ»

— Ваша лабораторія в Юті вивчає розвиток і функціонування людських нейронів і синапсів, вирощених із плюрипотентних клітин — тобто таких, які можуть «оформитися» в усі типи клітин, крім позазародкових. Наскільки знаю, одне з ваших найбільших досягнень наразі — вирощення «міні-мозку». Що саме слід розуміти під цим терміном у даному разі?

— По-перше, поясню, чому ми вивчаємо синапси. Наразі акумулювалося багато даних щодо того, які саме гени є мутованими за певних захворювань. Учені визначили, що багато мутацій у пацієнтів з аутизмом та уповільненим розвитком є в генах, які кодують протеїни, що експресуються в синапсах. Тому важливо вивчати синапси, те, як вони утворюються й функціонують у нормальних клітинах і тих, що отримані в пацієнтів з мутаціями. Якщо ми бачимо проблеми з синапсами у клітинах пацієнтів, то проводимо подальші експерименти й вивчаємо, як ці проблеми утворюються і як вони можуть призводити до розвитку хвороби. Якщо ми розуміємо цей процес, то можемо на якомусь етапі використати фармакологічний препарат і виправити патологію.

З приводу мозку — ми вирощуємо лише маленьку його частину. Ми намагаємось зрозуміти, як ця частина утворюється, як різні клітини народжуються зі стовбурових і як вони визначають, де повинні знаходитись у певній частині мозку, як взаємодіють одна з одною.

— Про яку саме ділянку мозку йдеться?

— Ми вивчаємо префронтальну ділянку кори мозку, тобто її передню частину. Ми знаємо, що ця частина відповідає за інтелектуальні здібності людини, її можливості до соціальної взаємодії. Вчені показали, що у пацієнтів з психологічними захворюваннями ця частина мозку часто працює ненормально. Тому важливо чітко розуміти, як це стається.

ЗРОЗУМІТИ «РОБОТУ» МУТАЦІЙ

— Тобто в дослідженнях ви порівнюєте клітини здорові і з певними патологіями, отримані від пацієнтів?

— Так. Ми вирощуємо нейрони та органоїди кори з людських стовбурових клітин. Часто такі розлади, як аутизм чи інтелектуальна недорозвиненість, пов’язані з генетичними недоліками. Ми знаємо ці недоліки, але здебільшого не розуміємо, як вони впливають на роботу клітин мозку. Індуковані стовбурові клітини можна отримати з будь-яких доступних клітин пацієнтів, як-то шкіри чи крові, вони матимуть той самий генетичний склад, що й клітини мозку. Ці клітини дають змогу отримати зразок хворої тканини мозку шляхом клітинних перетворень. Ми порівнюємо властивості клітин, отриманих від здорових людей, і пацієнтів, виявляємо порушення і пробуємо зрозуміти, як виявлені порушення пов’язані з хворобою та які фармакологічні препарати можуть бути використані для компенсації цих порушень.

— Тобто це таке мультидисциплінарне дослідження? Певно, одна людина не може знати до деталей, як виростити клітини і як дослідити патологію.

— Справді. Ми часто співпрацюємо з лікарями, які діагностують пацієнтів, а потім надсилають зразки крові в інші дослідницькі інституції, де ідентифікують мутацію. Коли ми отримуємо діагностику, то знову-таки координуємо нашу співпрацю з лікарем, який бере інший зразок крові або шкіри, що надходить до нашої лабораторії, де клітини трансформуються у стовбурові й потім із них вирощують нейрональні.

У ПОЛІ ЗОРУ — АУТИЗМ ТА РОЗВИТОК ІНТЕЛЕКТУ

— На сайті вашої лабораторії зазначено, що основна поточна мета — проводячи експерименти зі штучними клітинами, дослідити появу певних неврологічних патологій і дію інсуліноподібного фактору росту. Які саме хвороби допоможуть лікувати ці дослідження? На якій вони стадії?

— Справді, ми працюємо з клітинами пацієнтів, у яких діагностовано синдром Фелан-МакДермід, це генетична хвороба, часто пов’язана з аутизмом та інтелектуальною недорозвиненістю. Ми виявили, що у таких пацієнтів нейрони, отримані непрямим шляхом з індукованих стовбурових клітин, мають ненормально функціонуючі синапси. Щоб налагодити роботу синапсів, ми опробували кілька фармакологічних засобів і визначили, що використовуючи інсуліновий гормон, можна здебільшого виправити властивості синапсів у нейронах, отриманих від пацієнтів.

— Головна мета вашої лабораторії — дослідити механізми синапсів настільки, щоб можна було корегувати їхню поведінку. Як ви просунулись у цих глобальних планах?

— Багато відомо про те, як розвиваються і працюють нейрональні синапси та які білки в них експресуються. Проте більшість із цих знань було отримано в модельних системах на мишах, щурах, мухах. Ми вважаємо, що в людських нейронах синапси можуть мати трохи інший склад і властивості. Тому ми вивчаємо, як працюють синапси саме в людських нейронах.

Дуже важливо досліджувати людські синапси, бо багато хвороб зумовлені мутаціями в генах, що кодують білки, які експресуються в синапсах. Це означає, що ми повинні досліджувати, як нормальні й мутовані гени впливають на роботу синапсів.

— Чи є якісь законодавчі обмеження щодо ваших дослідів? Як це регулюється?

— Все дуже регульовано. Коли ти береш зразок тканини від людини, то повинен отримати її згоду, проінформувати про те, що дослідники робитимуть з клітинами, які існують потенційні ризики. Якщо людина згодна надати клітини для досліджень, тоді ми їх використовуємо — виключно для дослідів, зазначених у цій угоді.

«НЕМАЄ ІДЕАЛЬНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ»

— Яким чином дослідження клітин мозку можуть допомогти у лікуванні, попередженні інсультів? Адже зараз це поширена причина смерті людей, втрати дієздатності.

— Думаю, загалом це може допомогти, але наша лабораторія займається іншими дослідженнями. Інсульт пов’язаний з розривом судин у мозку, кров «заливає» мозок, що призводить до загибелі його клітин. У цьому плані вчені досліджують можливості використання деяких клітин для трансплантації. Наприклад, у Стенфорді провели дослідження, під час якого трансплантували нейрональні клітини-прекурсори в місце інсульту і спостерігали зменшення симптомів. Тож, гадаю, це один із можливих напрямків розвитку при пошуку лікування у разі інсульту.

— За методиками, які ви використовуєте, працюють і вчені з інших інституцій, наприклад, у квітні цього року медіа повідомляли про успішні досліди в Каліфорнії, до цього — у Гарварді. Як ви комунікуєте з колегами, які працюють у цій темі? Ви радше конкуренти чи союзники?

— У науці ми починаємо розуміти щось не завдяки якійсь одній праці, а завдяки низці робіт, які акумулювалися з часом. Коли щось не підтверджується, це зникає еволюційним шляхом. Багато лабораторій працюють над подібними проблемами. Нерідко ми відвідуємо одні й ті самі конференції, де спілкуємось, слухаємо доповіді одне одного. І якщо бачимо потенціал, можемо співпрацювати, налагоджуємо контакти.

Немає ідеального експерименту. Завжди його можна чимось оптимізувати, постійно з’являються нові технології, нові ідеї, які базуються на нових результатах. Треба постійно обмінюватися інформацією.

Разом з тим у науці багато важить конкуренція. Зазвичай найбільше вшановується той, хто опублікував дані першим — як і в журналістиці, скажімо. А наука — одна з найконкурентніших галузей.

— Що може дати вирощення повноцінного головного мозку? Це має бути дуже складно, адже потрібно зробити при пересадці так, щоб він взаємодіяв зі спинним мозком. Науковці розв’язують цю задачу?

— Це радше наукова фантастика. Зазвичай ти займаєшся вивченням конкретної проблеми. І тільки якщо для її розв’язання потрібно виростити цілий мозок, ти думаєш, як це зробити.

Наскільки я знаю, деякі лабораторії намагаються виростити органоїди, які будуть більш-менш схожими на певні частини мозку, а потім вони пробують поєднати ці частини разом. Це важливо, щоб, наприклад, дослідити, як формуються зв’язки у мозку, як клітини з однієї частини мозку мігрують в іншу, як сигнали в одній частині мозку передаються в інші частини мозку і з якою ефективністю це відбувається. Це фундаментальні питання. Щоб відповісти на них — так, можна поєднати органоїди окремих частин мозку. Але, знову-таки, ми маємо брати до уваги, що це далеко не мозок, а лише модельна система, яка відтворює тільки деякі процеси у мозку.

ВІРДЖИНІЯ, СТЕНФОРД, ЮТА

— Хто входить до вашої команди в лабораторії? Який механізм її фінансування?

— У моїй лабораторії сім співробітників. Здебільшого це студенти, але також є наукові асистенти і наукові співробітники. Різні люди відповідають за різні проекти або різні частини одного проекту.

Більшість проектів лабораторії фінансується урядом Сполучених Штатів, деякі — університетом і штатом Юта.

— Загалом як ви почали працювати в США?

— У Сполучених Штатах я працюю з 2007 року. Отримав кандидатське звання в Україні 2006 року й після цього поїхав за кордон, щоб набути додаткового досвіду. Спочатку я працював в Університеті Вірджинії, де проводив дослідження в лабораторії Едварда Переза-Реєса. Едвард — дуже відомий учений, він клонував гени низькопорогових кальцієвих каналів, у його лабораторії я досліджував властивості цих каналів.

Але вчений завжди має замислюватися над тим, що далі, на які питання ще потрібно знайти відповіді, що на часі і що він може робити в цьому плані у своїй власній лабораторії. Тож після двох років в Університеті Вірджинії я аплікувався до лабораторії Рікардо Долмеча в Стенфорді, щоб вивчати властивості людських нейронів, отриманих зі стовбурових клітин. Я переїхав у Стенфорд 2009 року і провів там близько п’яти років. Це був дуже продуктивний час, я багато чого навчився, зокрема нових технологій, опублікував статті. Я бачив, що те, чим я хочу займатися в майбутньому, на жаль, не розвинуто в Україні. Тут я не мав би можливості проводити такі дослідження. Тож почав шукати роботу в Америці і знайшов її в Університеті штату Юта, де зараз і працюю у своїй лабораторії.

— Чому саме вас зацікавило вирощування людських нейронів та органоїдів?

— Коли я приїхав в Америку 2007 року, тоді якраз вийшла у світ стаття про те, що стовбурові клітини можна отримати з будь-яких клітин шляхом активації певних транскрипційних факторів. Я зрозумів, що ця новітня технологія має велике майбутнє. Знову-таки, ми можемо отримувати клітини від пацієнтів і конвертувати їх у стовбурові, а потім досліджувати захворювання, які не могли досліджувати раніше. Коли бачиш перспективу, то йдеш цим шляхом.

«УКРАЇНА МАЄ ВЕЛИКІ ПЕРСПЕКТИВИ, АЛЕ Ж ПОТРІБНА ПІДТРИМКА ДЕРЖАВИ»

— Ви кажете, що не могли б досліджувати цю тему в Україні, але ми спілкуємось у Києві, під час форуму, присвяченого секвенуванню РНК і вирощуванню органоїдів. Ви бачите тут формування певного поля, де можна було б займатися такими питаннями?

— Я люблю Україну, у мене тут багато друзів, рідних людей. Завжди з великим задоволенням повертаюсь до України. Коли мене запрошують виступити тут з доповіддю, я ніколи не відмовляюсь. Я дуже зрадів, коли побачив на форумі стільки молоді, яка цікавиться наукою. На цій конференції демонструється передова наука. І я бачу, що люди цікавляться цим, ставлять запитання, причому дуже цікаві. Тобто люди відстежують сучасні методики, розуміються на тому, що відбувається у світі. Гадаю, Україна має великі перспективи в цьому напрямку, тут багато розумної молоді, яка цікавиться наукою.

Мені здається, те, чого не вистачає, — це підтримка з боку держави, додаткове фінансування. Це про те, що свого часу відбулося в Китаї. Ще в 1990-х у них не було жодної науки, але потім держава почала надавати фінанси, щоб повернути науковців з інших країн до Китаю. Це надало вченим можливості робити в Китаї те саме, чим вони займалися в інших країнах. Це надзвичайно підвищило рівень науки в Китаї, зараз там стрімко розвиваються технології, здійснюється багато лабораторних досліджень. Це хороший приклад того, як можна підтримувати науку та розвиток інноваційних технологій.

Бачу, що це потроху робиться і в Україні. Євросоюз підтримує наукову молодь з України, вони надають фінансову допомогу, щоб молодь могла поїхати до більш розвинутих країн, навчитися там чогось, потенційно повернутися до України і робити такі самі дослідження тут. Але, знову-таки, коли люди повертаються, вони не можуть робити те саме в Україні, бо тут немає відповідної інфраструктури.

Я співпрацюю з Науковим товариством імені Тараса Шевченка у Сполучених Штатах і фондом Костюка, які щороку вручають премію Платона Костюка (видатний фізіолог, свого часу очолював Інститут фізіології НАН України, створив наукову школу з молекулярної та клітинної фізіології. — Авт.). Ця премія надається українським студентам, які проводять інноваційні дослідження в біомедицині. Цю премію вручають уже сім років. Люди подають аплікації, а іноземні спеціалісти оцінюють їх та обирають найкращі роботи. Я беру участь в оцінюванні аплікацій, і щороку вони стають сильнішими. Торік серед тих, хто одержав премію, був дослідник із Сум (Романа Москаленка із Медичного інституту Сумського державного університету нагородили за дослідження деяких закономірностей перебігу хелікобактерної інфекції. — Авт.), загалом лауреатами ставали співробітники різних установ: Інституту фізіології імені Богомольця, Інституту молекулярної біології і генетики, Інституту біохімії імені Палладіна. Це показує, що розвиток науки відбувається не тільки в Києві і не в одному інституті. Але ж, щоб це було на рівні, потрібна підтримка.

— За що саме зазвичай присуджується премія?

— Як правило, це не проекти. Коли людина аплікується, то описує те, що вже зробила, свій внесок у певний проект і напрямок досліджень у найближчому майбутньому. Наприклад, один із лауреатів досліджував хворобу Альцгеймера в колаборації з іншою лабораторією, якщо не помиляюся, в Німеччині. Науковці отримували зразки для аналізу, проводили ці аналізи в Україні й у підсумку разом із німецькими дослідниками опублікували статтю.

— Ви згадали про хворобу Альцгеймера, яка сьогодні теж становить велику проблему. Це входить у коло інтересів вашої лабораторії?

— Зараз у Сполучених Штатах надають великі кошти на такі дослідження, на дослідження цієї проблеми. Багато людей страждають на хворобу Альцгеймера. Населення старіє, дедалі більше людей доживають до, скажімо, 80 чи 90 років, а ця хвороба часто з’являється у старшому віці. Думаю про те, щоб розвивати проект, який був би пов’язаний з цією проблемою, але наразі це лише плани.

Взагалі проблема хвороби Альцгеймера існує тривалий час, її досліджували на різних рівнях, на зразках, отриманих від пацієнтів, на багатьох тваринних моделях, проведено чимало клінічних дослідів. Але наразі немає жодного фармакологічного засобу, який би вилікував цю хворобу. Втім, над темою продовжують активно працювати в багатьох лабораторіях.