Вы когда-нибудь задумывались о том, каково было бы иметь «переключатель», который отключает такие психические расстройства, как социальная тревожность или обсессивно-компульсивное расстройство? Может быть, мы не так уж и далеки. Группа ученых из Университет Дьюка только что совершили гигантский скачок, создав искусственные электрические синапсы в мозге мышей, изменив способ взаимодействия их нейронов.
Эти генетически отредактированные синапсы обходили проблемные химические соединения, создавая новые сигнальные пути, которые существенно изменяли поведение животных. Мыши, генетически предрасположенные к развитию обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР) Симптомы были минимальными, и примерно у двух третей пациентов типичные поражения лица так и не развились. Прорыв, который может ознаменовать начало новой эры в психиатрии.
За пределами нейротрансмиттеров: электрические магистрали мозга
У млекопитающих, включая человека, мозг осуществляет коммуникацию в основном через химические синапсы с использованием нейротрансмиттеров. Электрические синапсы, которые встречаются гораздо реже, основаны на белках, называемых коннексинами. И вот что такое блестящая интуиция Кафуи Дзираса и его команда.
«Мы хотели выяснить, сможем ли мы разработать способ обойти химические синапсы между клетками, вставив электрический синапс», — объясняет он. Дзираса. Это было нелегко: в то время как аналогичные работы проводились на нематода C. Элеганс (червь, у которого всего 302 нейрона), У мышей примерно 71 миллион нейронов, что представляет собой значительно более высокий уровень сложности.
Чтобы построить эти новые «нейронные магистрали», исследователям сначала пришлось идентифицировать нужные коннексины. Выбор пал на соединения 34.7 и 35, найденный в рыбе под названием белый окунь. Эти белки функционируют как положительная и отрицательная стороны электрической цепи, позволяя току проходить напрямую между нейронами.
Искусственные синапсы: картирование мозга для точного вмешательства
Следующей задачей было выяснить, где разместить эти новые соединения. Ученые имплантировали крошечные электроды в мозг мышей, создав электрическую карту, которая показывала поток информации между различными областями мозга.
Наблюдая за тем, как эта карта менялась, когда мыши подвергались ситуациям, вызывающим тревогу или агрессию, команда смогла точно определить, какие именно цепи необходимо было модифицировать. Затем для переноса генетической информации, необходимой для производства коннексинов, в клетки-мишени использовался безвредный вирус.
Каков же результат? Полностью функциональные электрические синапсы изменили электрический поток в лобной коре, сделав мышей более исследовательскими и общительными. Потенциально революционное приложение для лечения таких состояний, как социальная тревожность.
Профилактика психических расстройств, а не только их лечение
Во втором, еще более амбициозном эксперименте исследователи хотели проверить, может ли этот метод предотвратить возникновение психиатрических проблем.
Мы разработали подход, позволяющий модифицировать связи между клетками, что позволяет целенаправленно перестраивать работу мозга. Он обладает потенциалом для исправления различных типов генетически обусловленных нарушений нейронной связи и предотвращения возникновения психических расстройств.
Воздействуя на дальнюю цепь между лобной корой и областью мозга, называемой таламусом (важной при стрессе у мышей), введение электрических синапсов улучшило связь между этими областями, предотвратив «застывание» мышей в ответ на стресс.
Еще более впечатляющим оказался эксперимент на мышах, генетически предрасположенных к развитию симптомов, подобных ОКР. Обычно такие животные начинают навязчиво ухаживать за собой, что в конечном итоге приводит к появлению поражений на лице, напоминающих поражения у людей с ОКР, которые навязчиво моют руки. Мыши, оснащенные искусственными синапсами, меньше ухаживали за собой, и примерно у двух третей из них никогда не развивались поражения.
Искусственные синапсы, будущее: редактирование человеческого мозга?
Хотя работа проводилась на мышах, Дзираса Он также выбрал коннексины 34.7 и 35, поскольку предполагается, что они функционируют у людей схожим образом. Существующие атласы профилей экспрессии генов человека могут определить, на какие клетки следует воздействовать.
«Эти паттерны экспрессии генов подобны GPS-маркерам, показывающим, какие клетки что делают», — объясняет исследователь. Вирусы, несущие необходимый геномный материал, можно ввести в кровоток, а затем преодолеть гематоэнцефалический барьер, который также можно открыть с помощью сфокусированного ультразвука.
Однако редактирование мозга у людей пока еще далеко и поднимает этические вопросы. В качестве примечания Итай Рабинович из Еврейского университета в Иерусалиме, мы пока не знаем, отреагирует ли мозг созданием новых нейронных связей, которые могли бы нейтрализовать эффекты сконструированных синапсов. или даже создать другие потенциально негативные пути.
Несмотря на эти неизвестные моменты, исследование открывает захватывающие перспективы: впервые мы можем представить себе методы лечения, которые не просто компенсируют химический дисбаланс, но и буквально восстанавливают связи в мозге. Теперь это уже не просто лекарства, а настоящие персонализированные вмешательства «нейрологической инженерии».
Находимся ли мы на заре новой эры психиатрии? Пока еще рано говорить об этом, но искусственные синапсы, несомненно, представляют собой одно из самых многообещающих направлений в борьбе с психическими расстройствами.
Официальное исследование можно найти здесь: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.03.25.645291v1
