Нейроінженерія в Україні: інноваційні дослідження, що трансформують медичну сферу.

Інтерв'ю з провідною нейробіологинею країни Наною Войтенко

Людина, яка здатна управляти механізмами лише силою свого розуму. Штучні кінцівки, що виконують функції людських рук і ніг з такою ж, а то й з більшою ефективністю. Структури, створені на молекулярному рівні, що здатні блокувати як гострий, так і хронічний біль. Усе це ще зовсім нещодавно здавалося частиною наукової фантастики. Але сьогодні ці інновації вже виходять за межі наукових лабораторій, щоб в найкоротші терміни покращити якість життя людей, особливо тих, хто стикається з наслідками травм чи хвороб. Дивовижні досягнення, що можуть стати звичайними у повсякденному житті, створюють вчені в галузі нейроінженерії.

Нана Войтенко є однією з найвідоміших науковців в Україні, яка спеціалізується на дослідженнях мозкової діяльності. Вона є нейробіологом, доктором біологічних наук, професором і ректором приватного вищого навчального закладу "Академія Добробут". Також Нана викладає на кафедрі біомедицини та нейронаук Київського академічного університету, що підпорядковується Міністерству освіти і науки та Національній академії наук України. Серед її основних наукових інтересів – вивчення природи болю і розробка способів його лікування. Науковиця активно працює над створенням методів відновлення функцій нервової системи за допомогою нейроінженерії.

Проте пані Нана не лише займається науковими дослідженнями, а й активно популяризує науку – саме вона стала ініціатором проведення Тижнів мозку в Україні. Ці заходи проходять щорічно у всьому світі наприкінці березня, щоб підвищити обізнаність про сучасні досягнення в галузі нейробіології. За роки спостережень за відвідувачами лекцій під час Тижнів мозку, науковиця з упевненістю стверджує: навіть у найскладніші часи інтерес до нейробіології залишається незмінним. "Навпаки, – зазначає пані Нана, – в умовах тривалої війни, яка триває вже три роки, люди особливо прагнуть дізнатися більше про свою нервову систему. Ми намагаємося висвітлити ці питання на наших лекціях: що відбувається в мозку під час стресових ситуацій, які є прояви посттравматичних розладів і чи можливо їх контролювати. Цього року я проводила лекцію про те, як нейроінженерія може сприяти відновленню функцій нервової системи в разі її ушкодження."

Нано Володимирівно, але ж ми вже тривалий час звикли вірити в міф, що нервові клітини не мають здатності до відновлення?

-- Тут ідеться не про відновлення самих нервових клітин -- нейронів, тому що вони відновлюються, звісно, але цей процес дуже повільний. І, в принципі, якщо зруйновано тіло нейрона, то воно не може відновлюватися. Ми займаємося відновленням аксонів -- відростків нейрона, які передають нервовий імпульс у тканинах. Якщо пошкоджено аксон, навіть якщо його просто відрізати, він може відновлюватися, але йому потрібно допомогти. Для цього ми за допомогою 3D-друку створюємо скафолди -- мікроскопічні каркаси, імплантуємо їх, і вони допомагають аксону регенерувати.

Ви є одним із провідних експертів в Україні в галузі дослідження природи болю та створення методів знеболення. Ця тема на сьогоднішній день має особливе значення для нашої країни. Які нові підходи можуть запропонувати як вітчизняні, так і міжнародні науковці?

Ми дійшли до висновку, що здатні перепрограмувати нейрони з метою зменшення хронічного болю. Наприклад, за допомогою вірусних конструкторів можна доставляти в нейрони генетичні блокатори, які зупиняють певні молекулярні механізми, що викликають хронічний біль, зокрема при діабетичній нейропатії. В такому випадку одна ін'єкція може заблокувати передачу больових відчуттів. Хоча на перший погляд може здаватися дивним, що вірусні конструкції та генетичні блокатори можуть бути використані для лікування, адже віруси асоціюються з хворобами, в тому числі й тяжкими, а генетично модифіковані організми викликають страх у багатьох через активну пропаганду проти них. Тому наші лекції під час Тижнів мозку мають на меті пояснити, що наука вже досягла такого рівня, що ми можемо використовувати віруси як маленькі транспортні засоби для доставки генетичного матеріалу до потрібних місць. Вірус, по суті, має оболонку, яка здатна проникати в клітини та розмножувати свій генетичний матеріал. Зазвичай цей матеріал має на меті вбити або порушити нормальну роботу клітини. Однак, якщо взяти лише оболонку вірусу (наприклад, адено-асоційованих вірусів, які є достатньо нейтральними для людини) і замінити шкідливий ген на потрібний, то цей геном може вбудуватися в клітини. Наприклад, ми можемо в певних клітинах пригнічувати (не знищувати, а просто зупиняти) ген, відповідальний за передачу больових сигналів. При цьому клітина продовжує нормально функціонувати, адже цей генетичний матеріал розроблений так, що буде активним лише в потрібних місцях, не викликаючи побічних ефектів.

Інновації в галузі нейроінженерії наближаються до realm фантастики - від розробки прямих каналів комунікації між людським мозком та комп'ютерами до протезів, які можуть виконувати функції справжніх органів. Чи вдалося нам реалізувати ці футуристичні прогнози?

Отже, існує безліч захворювань, які можуть призвести до паралічу у людини. Хоча пацієнт не має можливості рухатися, його мозок продовжує генерувати відповідні сигнали. Існують спеціалізовані чипи, які здатні зчитувати ці сигнали і передавати їх на комп'ютер. Цей процес називається інтерфейсом мозок-комп'ютер, або BCI (brain-computer interface). Існує безліч таких чипів, і одним з перспективних підходів є використання ендоваскулярних імплантів, які вводять у судини, подаючи їх до певних ділянок кори головного мозку, які потрібно стимулювати або з яких потрібно зчитувати інформацію. Завдяки цьому паралізовані люди можуть керувати комп'ютером. Імплант зчитує сигнали та передає їх через Wi-Fi на комп'ютер. Вже є певні успіхи в зчитуванні сигналів з ділянок кори, що відповідають за мовлення, і навіть у створенні мовлення.

Якою мірою ми просунулися в розробці біонічних протезів, здатних замінити втрачену руку, пересилаючи сигнали безпосередньо з мозку та виконуючи отримані команди?

-- Такі технології вже є. Але наразі це настільки дорого, що я, чесно кажучи, не знаю, чи є в Україні хоч один такий протез.

В Україні вартість таких протезів починається приблизно з одного мільйона гривень. Проте окрім біонічних протезів, існують й інші інноваційні рішення, які наразі є вкрай важливими для підтримки поранених. Наприклад, ваші дослідження, присвячені природі болю та методам його контролю. Яка ж ситуація з їх впровадженням у практику?

-- Річ у тім, що будь-які клінічні дослідження -- це дуже довго й дуже дорого. І так, для того, щоб, наприклад, щось запрацювало вже зараз, нам потрібно було починати 20 років тому. Але з іншого боку, в принципі, світ сам собою прискорюється, тому є сподівання, що, може, щось вдасться втілити раніше.

Чому ж в Україні не спостерігається такого ж швидкого розвитку, навіть попри наявність реального попиту на високотехнологічне протезування та новітні методи лікування болю у зв'язку з війною?

-- Якщо говорити про Україну, то в нас зараз, у принципі, все дуже погано з інвестиціями та фінансуванням науки зокрема. І якщо навіть щось і з'являється на фінансування науки, то піде радше на розвиток військово-промислового комплексу, на розроблення нових дронів, нових технологій, пов'язаних із веденням бойових дій. Хоча наш Національний фонд досліджень України проводить конкурси, і власне наші проєкти з імплантами й діабетичною нейропатією та з вірусними конструкторами фінансуються саме цим фондом. Але це поки початок, це тільки фундаментальні доклінічні дослідження, які потім треба буде ще перенести на людей і провести всі стадії клінічних випробувань, які призведуть до створення, можливо, коли-небудь нового препарату або нової технології. Та це дуже важко. Зокрема й через те, що треба знайти фінансування. Ось чому всі дослідження на вістрі нейробіології зазвичай утілюються в якісь розробки в Америці -- там легше отримати фінансування, створити стартап-компанію. Принаймні -- було. За адміністрації Трампа все змінилося, й відтепер усі надії на Європу.

Давайте повернемося до передових досягнень науки. На сьогоднішній день у фокусі уваги перебуває штучний інтелект. Дослідники відзначають, що комп'ютери та комп'ютерні мережі вже здатні розпізнавати образи, демонструють навички абстрактного мислення і успішно проходять тест Тюрінга, який оцінює здатність машини мислити "як людина". Таким чином, сьогодні людський інтелект від штучного відрізняється лише наявністю емоцій і самосвідомості?

Це дійсно багато. Надзвичайно багато. Ми все ще маємо обмежене розуміння того, як функціонує мозок. Наприклад, ми знаємо про електричні імпульси, які передають сигнали в цій складній системі. Але багато аспектів, пов'язаних із молекулярними та хімічними елементами, залишаються для нас загадкою. Якщо говорити про технології, то в машинах все базується виключно на електричних процесах. Натомість у мозку все це супроводжується дивовижною хімічною активністю, в яку залучені сотні, а можливо, й тисячі різних молекул, що модулюють ці сигнали. Саме ця модуляція робить нас людьми, вона є основою наших емоцій, рішень та відчуттів. Мозок — це неймовірний і досконалий природний комп'ютер, який приховує ще безліч таємниць і потенціалу. Науковці активно працюють над їхнім вивченням.