Цивилизация
Группа исследователей из штата Северная Каролина (Wake Forest Medical Center), которой руководит россиянин, профессор нейробиологии Евгений Будыгин, в течение нескольких лет изучает механизмы формирования алкогольной зависимости. Статья с последними результатами исследований, опубликованная этой группой в журнале Frontiers in Behavioral Neuroscience, вызвала повышенный интерес среди ученых, работающих в этой области.
В чем сущность и уникальность данного исследования, Евгений Будыгин рассказал «Газете.Ru». «За последние десятилетия огромный прогресс сделан в понимании фармакологического воздействия алкоголя на мозг. Известно, что алкоголь изменяет многие нейрохимические и биохимические показатели в разных мозговых структурах. Но какие из этих изменений вовлечены в развитие зависимости и каким именно образом, мы только начинаем понимать.
Для создания эффективной фармакотерапии необходимо знать механизмы, которые запускают неконтролируемую тягу к спиртному.
Используя самые последние достижения молекулярной биологии в комбинации с современными нейробиологическими методами, мы сделали первый шаг именно к раскрытию таких механизмов».
Евгений Будыгин рассказал о том, что было известно до нынешнего исследования и что стало известно после: «Мы уже в течение многих лет знали, что нейромедиатор дофамин является одной из основных мишеней в фармакологии алкоголя. Знали и структуру мозга, где главные события имеют место. Это прилежащее ядро (nucleus accumbens), относительно маленькая мозговая структура, с которой связывают многие сложные формы поведения, в том числе мотивации.
Все или почти все наркотические препараты повышают концентрацию дофамина в этой структуре, но используют разные механизмы.
Более того, было обнаружено, что дофамин выбрасывается в прилежащем ядре во время эйфорических состояний, например при сексе, или даже в предвкушении их. Поэтому многие лаборатории сфокусировали свои исследования на динамике дофамина в этой структуре, основываясь на гипотезе, что повышение уровня дофамина связано с процессом формирования зависимости. Однако не обошлось и без противоречий — это обычная вещь в науке.
Например, было обнаружено, что именно у алкоголиков уровень дофамина в меньшей степени реагирует на принятие алкоголя, что, конечно, может быть нейрохимической адаптацией мозга. Несколько лет назад моя группа обнаружила, что стресс и даже боль тоже повышают дофаминовый выброс — и именно в прилежащем ядре. Возможно, в этом случае «нейромедиатор удовольствия» выбрасывается, чтобы «сгладить» восприятие негативных событий? Но самое главное, мы осознали, что повышение дофамина может быть очень разным, то есть он может выбрасываться из нервных окончаний в разных режимах. До сегодняшнего дня было технически невозможно исследовать роль этих разных режимов дофаминового выброса при алкогольной зависимости. Оптогенетика, которую мы использовали в нашей работе, сделала это возможным. Мы нашли дофаминовые режимы, которые снижают потребление алкоголя у крыс, пивших 20-процентный спиртовой раствор в течение нескольких месяцев в больших количествах. При этом потребление воды не изменилось.
Манипулируя дофаминовой передачей в прилежащем ядре, мы смогли снизить патологическую мотивацию к потреблению алкоголя».
Оптогенетика — современный научный подход, комбинирующий оптические и генетические методы исследования, позволяет контролировать работу отдельных нервных цепей. Используя этот новый метод, можно стимулировать светом конкретные нейроны в обособленных мозговых структурах. Для этого ген трансмембранного белка, под названием канальный родопсин (channelrhodopsin-2), вводят в нервные клетки. При освещении синим светом белок активируется и начинает пропускать внутрь клетки положительно заряженные ионы. Нейрон генерирует электрические импульсы, передавая их другим клеткам.
«Оптогенетика, — поясняет Евгений Будыгин, — без всякого преувеличения, революционный метод. Ученые, которые его создали, скорее всего, получат Нобелевскую премию.
Теперь можно «разговаривать» с мозгом на его же «языке». В нашем случае мы заставили работать конкретную дофаминовую цепь в разных режимах и нашли те режимы, которые снижали тягу к алкоголю у крыс».
Евгений Будыгин и его коллеги работали с крысами, у которых вырабатывалась алкогольная зависимость, так как в течение нескольких дней в неделю им давали свободный доступ к 20-процентному раствору этилового спирта на выбор с водой. Ген светочувствительного белка вводили в мозг крыс при помощи вирусного вектора, причем вводили его точно в популяцию дофаминовых клеток вентральной области покрышки. Затем крысам в мозг вживляли оптоволокно и для световой стимуляции применяли свет лазера длиной волны 473 нм.
Ученые использовали разные режимы световой стимуляции нейронов, меняя частоту и количество световых вспышек. Крысы заметно теряли интерес к алкоголю, когда стимуляция происходила с низкой частотой (5 Гц). Именно такая активация приводила к невысокому, но длительному повышению концентрации дофамина в прилежащем ядре.
«Самое неожиданное было в том, что такое повышение уровня дофамина снижало потребление алкоголя даже уже после окончания стимуляции, говорит Каролина Басс, соавтор статьи. —
Это может указать нам на механизм управления алкогольной зависимостью».
Данное исследование объединило специалистов в различных областях науки. «Профессор Бонин, заведующий кафедрой физики Университета Уэйк Форест, специалист в оптической физике, отвечал за контроль параметров световой стимуляции через лазерную установку, — рассказал Евгений Будыгин. — Каролина Басс создала вирусную конструкцию, которая вводилась в мозг крыс для экспрессии светочувствительного белка в дофаминовых нейронах. Уникальность этой конструкции в том, что она работает у любой породы крыс и мышей, а значит, не нужны дорогостоящие линии трансгенных животных. Экспертиза профессора Вайнера, директора алкогольного центра, была незаменима в поведенческих экспериментах, где использовались животные модели алкоголизма. Я отвечал за нейрохимические исследования, координируя весь проект в целом. Конечно, не обошлось без помощи аспирантов и лаборантов. Так как каждый делал свою работу профессионально, исследование привело к соответствующим результатам».
Ученые полагают, что в будущем на основе оптогенетической технологии можно будет создать метод лечения алкогольной зависимости.
«Конечно, это дойдет до клинических испытаний, — считает Евгений Будыгин. — Это лишь вопрос времени. Сейчас достаточно широко используется электрическая стимуляция мозга. Хорошие результаты достигнуты в лечении болезни Паркинсона, депрессий, есть первые положительные результаты с алкоголизмом в Германии. Оптогенетическая стимуляция имеет ряд принципиальных преимуществ перед электрической. Самое главное преимущество — избирательность, то есть воздействие только на определенный вид нейронов, что позволит избежать побочных эффектов, которые имеют место при электрической стимуляции. Конечно, не все так просто, и есть много препятствий, но они временные. Генная терапия уже занимает свое место в современной медицине. То, что вчера казалось фантастикой, сегодня становится реальностью».