Не искусственный интерес

Алекс Щегловитов родом из Шостки Сумской области, закончил физико-технический институт Киевской политехники, после чего поступил в аспирантуру Института физиологии НАН Украины, избрав направление биофизики. После аспирантуры Алекс поехал в Соединенные Штаты «учиться чему-то новому». Уже более десяти лет ученый работает в США, в настоящий момент является доцентом Университета Юты, руководит лабораторией при нем.

С Алексом общаемся во время форума Single-cell RNABIO, который прошел в конце сентября в Киеве, в инновационном парке UNIT.City. Событие организовали украинские ученые Ника Гурьянова и Алина Фролова (интервью с Никой недавно выходило в «Дне», материал «Большие перспективы мини-органов» №180-181 за 5—6 октября), тогда ученые из США, Германии, Испании и Австралии делились опытом современных методов исследований в медицине и биологии. Алекс, собственно, открывал форум. И не удивительно, ведь в его лаборатории выращивают органоиды головного мозга. Основная задача исследователей — максимально изучить механизм работы нейронов и синапсов, что может помочь лечить тяжелые болезни и расстройства.

Алекс подчеркивает, что нейроны — это чрезвычайно важные клетки мозга, которые отвечают за все, что там генерируется, включая память, чувства и позитивные или негативные эмоции. Синапсы же являются структурами, с помощью которых нейроны распространяют и получают информацию в мозге, их можно сравнить с журналистами, которые также отвечают за распространение корректной информации в обществе.

Исследователь, смеясь, признается, что сейчас ему трудно быстро подбирать научные термины на украинском, а когда он переехал в Америку, было наоборот. При этом Алекс очень любит Украину, говорит, что с удовольствием приезжает сюда, чтобы, например, выступить с лекцией. С Алексом Щегловитовым мы беседовали о том, как исследуют поведение нейронов, о выращивании искусственных мини-органов, научных поисках и немного о биомедицине в Украине.

«МЫ ИЗУЧАЕМ ПРЕФРОНТАЛЬНЫЙ УЧАСТОК КОРЫ МОЗГА»

— Ваша лаборатория в Юте изучает развитие и функционирование человеческих нейронов и синапсов, выращенных из плюрипотентных клеток, — то есть таких, которые могут «оформиться» во все типы клеток, кроме внезародышевых. Насколько знаю, одно из ваших наибольших достижений сейчас — выращивание «мини-мозга». Что именно следует понимать под этим термином в данном случае?

— Во-первых, объясню, почему мы изучаем синапсы. Сейчас аккумулировалось много данных относительно того, какие именно гены являются мутированными при определенных заболеваниях. Ученые определили, что много мутаций у пациентов с аутизмом и замедленным развитием есть в генах, которые кодируют протеины, что экспрессируются в синапсах. Поэтому важно изучать синапсы, то, как они образуются и функционируют в нормальных клетках и полученных у пациентов с мутациями. Если мы видим проблемы с синапсами в клетках пациентов, то проводим последующие эксперименты и изучаем, как эти проблемы образуются и как они могут приводить к развитию болезни. Если мы понимаем этот процесс, то можем на каком-то этапе использовать фармакологический препарат и исправить патологию.

По поводу мозга — мы выращиваем только маленькую его часть. Мы пытаемся понять, как эта часть образуется, как разные клетки рождаются из стволовых и как они определяют, где должны находиться в определенной части мозга, как взаимодействуют одна с другой.

— О каком именно участке мозга идет речь?

— Мы изучаем префронтальный участок коры мозга, то есть ее переднюю часть. Мы знаем, что эта часть отвечает за интеллектуальные способности человека, его возможности к социальному взаимодействию. Ученые показали, что у пациентов с психическими заболеваниями эта часть мозга часто работает ненормально. Поэтому важно четко понимать, как это происходит.

ПОНЯТЬ «РАБОТУ» МУТАЦИЙ

— То есть в исследованиях вы сравниваете клетки здоровые и с определенными патологиями, полученные  от пациентов?

— Да. Мы выращиваем нейроны и органоиды коры из человеческих стволовых клеток. Часто такие расстройства, как аутизм или интеллектуальная недоразвитость связаны с генетическими изъянами. Мы знаем эти изъяны, но по большей части не понимаем, как они влияют на работу клеток мозга. Индуктируемые стволовые клетки можно получить из любых доступных клеток пациентов, как то кожи или крови, они будут иметь тот же генетический состав, что и клетки мозга. Эти клетки позволяют получить образец больной ткани мозга путем клеточных превращений. Мы сравниваем свойства клеток, полученных от здоровых людей и пациентов, обнаруживаем нарушения и пробуем понять, как обнаруженные нарушения связаны с болезнью и какие фармакологические препараты могут быть использованы для компенсации этих нарушений.

— То есть это такое мультидисциплинарное исследование? Вероятно, один человек не может знать до деталей, как вырастить клетки и как исследовать патологию.

— Действительно. Мы часто сотрудничаем с докторами, которые диагностируют пациентов, а затем посылают образцы крови в другие исследовательские институты, где идентифицируют мутацию. Когда мы получаем диагностику, то опять-таки координируем наше сотрудничество с врачом, который берет другой образец крови или кожи, который поступает в нашу лабораторию, где клетки трансформируются в стволовые и потом из них выращивают нейрональные.

В ПОЛЕ ЗРЕНИЯ — АУТИЗМ И РАЗВИТИЕ ИНТЕЛЛЕКТА

— На сайте вашей лаборатории указано, что основная текущая цель — проводя эксперименты с искусственными клетками, исследовать появление определенных неврологических патологий и действие инсулиноподобного фактора роста. Какие именно болезни помогут лечить эти исследования? На какой они стадии?

— Действительно, мы работаем с клетками пациентов, у которых диагностирован синдром Фелан-МакДермид, это генетическая болезнь, часто связанная с аутизмом и интеллектуальной недоразвитостью. Мы обнаружили, что у таких пациентов нейроны, полученные непрямым путем из индуктируемых стволовых клеток, имеют ненормально функционирующие синапсы. Чтобы наладить работу синапсов, мы протестировали несколько фармакологических средств и определили, что, используя инсулиновый гормон, можно по большей части исправить свойства синапсов в нейронах, полученных от пациентов.

— Главная цель вашей лаборатории — исследовать механизмы синапсов настолько, чтобы можно было корректировать их поведение. Как вы продвинулись в этих глобальных планах?

— Много известно о том, как развиваются и работают нейрональные синапсы и какие белки в них экспрессируются. Однако большинство этих знаний было получено в модельных системах на мышах, крысах, мухах. Мы считаем, что в человеческих нейронах синапсы могут иметь немного другой состав и свойства. Поэтому мы изучаем, как работают синапсы именно в человеческих нейронах.

Очень важно изучать человеческие синапсы, так как многие болезни вызваны мутациями в генах, кодирующих белки, которые экспрессируются в синапсах. Это значит, что мы должны изучать, как нормальные и мутированные гены влияют на работу синапсов.

— Есть ли какие-то законодательные ограничения на ваши опыты? Как это регулируется?

— Все очень урегулировано. Когда ты берешь образец ткани от человека, то должен получить его согласие, информировать, что исследователи будут делать с клетками, какие существуют потенциальные риски. Если человек согласен предоставить клетки для исследований, тогда мы их используем — исключительно для опытов, указанных в этом соглашении.

«НЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА»

— Как исследования клеток мозга могут помочь в лечении, предупреждении инсультов? Сейчас это распространенная причина смерти людей, потери дееспособности.

— Думаю, в целом это может помочь, но наша лаборатория занимается другими исследованиями. Инсульт связан с разрывом сосудов в мозге, кровь «заливает» мозг, что приводит к гибели его клеток. В этом плане ученые исследуют возможности использования некоторых клеток для трансплантации. Например, в Стэнфорде провели исследование, при котором трансплантировали нейрональные клетки-прекурсоры в место инсульта и наблюдали уменьшение симптомов. Поэтому, думаю, это одно из возможных направлений развития при поиске лечения при инсульте.

— По методикам, которые вы используете, работают и ученые из других институтов, например, в апреле этого года медиа сообщали об успешных опытах в Калифорнии, до этого — в Гарварде. Как вы общаетесь с коллегами, которые работают в этой теме? Вы скорее конкуренты или союзники? 

— В науке мы начинаем понимать что-то не благодаря какому-то одному труду, а благодаря многим работам, которые аккумулировались со временем. Когда что-то не подтверждается, это исчезает эволюционным путем. Многие лаборатории работают над похожими проблемами. Нередко мы посещаем одни и те же конференции, где общаемся, слушаем доклады друг друга. И если видим потенциал, можем сотрудничать, налаживаем контакты.

Нет идеального эксперимента. Всегда его можно чем-то улучшить, постоянно появляются новые технологии, новые идеи, которые базируются на новых результатах. Нужно постоянно обмениваться информацией.

В то же время в науке многое значит конкуренция. Часто больше всего почитался тот, кто опубликовал данные первым, — как и в журналистике, например. А наука — одна из самых конкурентных областей. 

— Что может дать выращивание полноценного головного мозга? Это должно быть очень сложно, ведь нужно сделать при пересадке так, чтобы он взаимодействовал со спинным мозгом. Ученые решают эту задачу?

— Это скорее научная фантастика. Обычно ты занимаешься изучением конкретной проблемы. И только если для ее решения нужно вырастить целый мозг, ты думаешь, как это сделать.

Насколько я знаю, некоторые лаборатории пытаются вырастить органоиды, которые будут более-менее похожи на определенные части мозга, а затем они пробуют соединить эти части вместе. Это важно, чтобы, например, исследовать, как формируются связи в мозге, как клетки из одной части мозга мигрируют в другую, как сигналы в одной части мозга передаются в другие части мозга и с какой эффективностью это происходит. Это фундаментальные вопросы. Чтобы ответить на них — можно соединить органоиды отдельных частей мозга. Но, опять-таки, мы должны принимать во внимание, что это далеко не мозг, а лишь модельная система, которая воспроизводит только некоторые процессы в мозге.

ВИРДЖИНИЯ, СТЭНФОРД, ЮТА

— Кто составляет вашу команду в лаборатории? Каков механизм ее финансирования?

— В моей лаборатории семь сотрудников. В основном это студенты, но также есть научные ассистенты и научные сотрудники. Разные люди отвечают за разные проекты или разные части одного проекта.

Большинство проектов лаборатории финансируется правительством Соединенных Штатов, некоторые — университетом и штатом Юта.

— В целом как вы начали работать в США?

— В Соединенных Штатах я работаю с 2007 года. Получил кандидатское звание в Украине, в 2006-ом поехал за границу, чтобы набраться дополнительного опыта. Сначала я работал в Университете Вирджинии, где проводил исследования в лаборатории Эдварда Переза-Рееса. Эдвард является очень известным ученым, он клонировал гены низкопороговых кальциевых каналов, в его лаборатории я исследовал свойства этих каналов.

Но ученый всегда должен задумываться, что дальше, на какие вопросы еще нужно найти ответы, что актуально и что он может делать в этом плане в своей собственной лаборатории. Поэтому после двух лет в Университете Вирджинии я апплицировался в лабораторию Рикардо Долмеча в Стэнфорде, чтобы изучать свойства человеческих нейронов, полученных из стволовых клеток. Я переехал в Стэнфорд в 2009 году и провел там около пяти лет. Это было очень производительное время, я многому научился, в частности новым технологиям, опубликовал статьи. Я видел, что то, чем я хочу заниматься в будущем, к сожалению, не развито в Украине. Здесь я бы не имел возможности проводить такие исследования. Поэтому начал искать работу в Америке и нашел ее в Университете штата Юта, где в настоящий момент и работаю, имея свою лабораторию.

— Почему именно вас заинтересовало выращивание человеческих нейронов и органоидов?

— Когда я приехал в Америку в 2007-ом, как раз тогда была опубликована статья о том, что стволовые клетки можно получить из любых клеток путем активации определенных транскрипционных факторов. Я понял, что эта новая технология имеет большое будущее. Опять-таки, мы можем получать клетки от пациентов и конвертировать их в стволовые, а затем исследовать заболевания, которые не могли исследовать ранее. Когда видишь перспективу, то идешь этим путем.

«УКРАИНА ИМЕЕТ БОЛЬШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ, НО НУЖНА ПОДДЕРЖКА ГОСУДАРСТВА»

— Вы говорите, что не могли бы исследовать эту тему в Украине, но мы общаемся в Киеве, во время форума, посвященного секвенированию РНК и выращиванию органоидов. Вы видите здесь формирование определенного поля, где можно было бы заниматься такими вопросами?

—  Я люблю Украину, у меня здесь много друзей, родные. Всегда с большим удовольствием возвращаюсь в Украину. Когда меня приглашают выступить здесь с докладом, я никогда не отказываюсь. Я очень обрадовался, когда увидел на форуме столько молодежи, которая интересуется наукой. На этой конференции демонстрируется передовая наука. И я вижу, что люди интересуются этим, задают вопросы, причем очень интересные. То есть люди отслеживают современные методики, разбираются в том, что происходит в мире. Думаю, Украина имеет большие перспективы в этом направлении, здесь много умной молодежи, которая интересуется наукой.

Мне кажется, то, чего не хватает, — это поддержки со стороны государства, дополнительного финансирования. Это о том, что в свое время произошло в Китае. Еще в 1990-х у них не было никакой науки, но потом государство начало выделять финансы, чтобы вернуть ученых из других стран в Китай. Это предоставило ученым возможность делать в Китае то же, чем они занимались в других странах. Это чрезвычайно подняло уровень науки в Китае, сейчас там стремительно развиваются технологии, проводится много лабораторных исследований. Это хороший пример, как можно поддерживать науку и развитие инновационных технологий.

Вижу, что это понемногу делается и в Украине. Евросоюз поддерживает научную молодежь из Украины, они оказывают финансовую помощь, чтобы молодежь могла поехать в более развитые страны, научиться там чему-то, потенциально вернуться в Украину и проводить такие же исследования здесь. Но, опять-таки, когда люди возвращаются, они не могут делать то же в Украине, потому что здесь нет соответствующей инфраструктуры.

Я сотрудничаю с Научным обществом имени Шевченко в Соединенных Штатах и Фондом Костюка, которые ежегодно вручают премию Платона Костюка (выдающийся физиолог, в свое время возглавлял Институт физиологии НАН Украины, создал научную школу по молекулярной и клеточной физиологии. — Авт.). Эта премия предоставляется украинским студентам, которые проводят инновационные исследования в биомедицине. Эту премию вручают уже семь лет. Люди подают аппликации, а зарубежные специалисты оценивают их и выбирают лучшие работы. Я принимаю участие в оценивании аппликаций, и ежегодно они становятся сильнее. В прошлом году среди тех, кто получил премию, был исследователь из Сум (Романа Москаленко из Медицинского института Сумского государственного университета наградили за исследование некоторых закономерностей протекания хеликобактерной инфекции. — Авт.), в целом лауреатами становились сотрудники разных учреждений: Института физиологии имени Богомольца, Института молекулярной биологии и генетики, Института биохимии имени Палладина. Это показывает, что развитие науки происходит не только в Киеве и не в одном институте. Но чтобы это было на уровне, нужна поддержка.

— За что именно обычно присуждается премия?

— В основном это не проекты. Когда человек апплицируется, то описывает то, что уже сделал, свой вклад в определенный проект и направление исследований в ближайшем будущем. Например, один из лауреатов исследовал болезнь Альцгеймера в коллаборации с другой лабораторией, если не ошибаюсь, в Германии. Ученые получали образцы для анализа, проводили эти анализы в Украине и в итоге вместе с немецкими исследователями опубликовали статью.

— Вы вспомнили о болезни Альцгеймера, которая сегодня тоже является большой проблемой. Это входит в круг интересов вашей лаборатории?

—  В настоящий момент в Соединенных Штатах выделяют большие средства на такие исследования, на то, чтобы эта проблема изучалась. Многие люди страдают болезнью Альцгеймера. Население стареет, все больше людей доживает до, скажем, 80 или 90 лет, а эта болезнь часто появляется в зрелом возрасте. Думаю о том, чтобы развивать проект, который был бы связан с этой проблемой, но сейчас это лишь планы.

Вообще, проблема болезни Альцгеймера существует длительное время, она изучалась на разных уровнях, на образцах, полученных от пациентов, на многих животных моделях, проведено много клинических исследований. Но сейчас нет ни одного фармакологического средства, которое бы вылечило эту болезнь. Впрочем, тема активно исследуется во многих лабораториях.