Об этом и многом другом рассказала Елена Митрошина, кандидат биологических наук, доцент кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины (ИББМ) Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ) и старший научный сотрудник НИИ нейронаук.
«Область моих интересов — исследование работы нейронных сетей. Как они устроены? Как именно нервные клетки связаны друг с другом? Как они передают друг другу сигналы? Что происходит с нейронными сетями, когда случается ишемический инсульт, какие-то травмы? Как можно сохранить работу нервных клеток, поддержать ее, предотвратить развитие повреждений?» — рассказывает Елена.
Важным событием для ее института стало открытие в 2014 году третьего в России SPF-вивария — комплекса специальных помещений, где содержат и разводят лабораторных животных. SPF-статус (specific pathogen free) означает отсутствие видоспецифичных патогенных микроорганизмов, вызывающих у животных инфекционные заболевания. Уже в 2016 году SPF-виварий стал основой для создания Центра генетических коллекций лабораторных животных (ЦГКЛЖ), который последние два года и возглавляет Елена.
Уровень чистоты, который требуется обеспечивать в SPF-виварии, даже выше, чем в операционной, рассказывает исследовательница. Это очень важно, потому что у многих экспериментальных животных, особенно у трансгенных, иммунитет снижен или его вовсе нет. Доступ в эту часть центра имеет ограниченное число сотрудников, и все они прошли специальное обучение. Это снижает риск, что люди случайно на себе занесут в стерильную зону грязь или бактерии.
«Когда сотрудники заходят в эту зону, они обязательно полностью переодеваются в специальные простерилизованные костюмы. Они носят защитные маски. Не такие, как мы обычно носим в период пандемии, а более плотные. Обязательно моются полностью, полностью стерилизуют все открытые поверхности тела», — рассказывает Елена.
Самые популярные лабораторные животные
В виварии живут мыши и крысы — это самые распространенные в мире лабораторные животные. Более крупных животных здесь не содержат. Ученым удобно использовать грызунов по многим причинам.
Во-первых, грызуны хорошо и подробно исследованы, имеется много различных линий лабораторных мышей с разными свойствами. Небольшие размеры и то, что грызуны мало едят, позволяет содержать их в большом количестве на небольшой площади. Это экономически выгодно, ведь даже отдельные эксперименты могут длиться от недели до нескольких месяцев, а исследования, для которых выводят новые «линии» («породы» с нужными исследователям качествами), требуют нескольких тысяч животных. Так, в ЦГКЛЖ сегодня живут около 5 тыс. мышей.
Крыс в виварии всего несколько сотен. Их чаще используют в экспериментах, которые связаны с нейрохирургическими операциями: проводить нужные манипуляции с более крупными животными удобнее. При этом для содержания крыс выделили отдельное помещение.
«Мышки очень боятся крыс. Это для них огромный стресс. Они не должны даже чувствовать их запах где-то рядом», — объясняет Елена.
Вторая причина популярности грызунов в качестве лабораторных животных, особенно в биомедицине, — их быстрое взросление и большое потомство. Это в том числе позволяет ускорить выведение новых линий.
«Наши исследования очень часто направлены на то, чтобы понять что-то о человеке, используя лабораторное животное в качестве модели. Хотя грызуны не являются нашими ближайшими родственниками, геномы мыши и человека схожи примерно на 70–80%, — объясняет Елена Митрошина. — Но, конечно, все равно есть значительные отличия, которые необходимо учитывать. У мышек патологии очень часто отличаются от человеческих, многие болезни человека у животных не встречаются. Поэтому ученые изменяют работу каких-то генов животного или вносят в его геном отдельные человеческие гены или их фрагменты».
Без боли и страха
Ученые стараются сделать все возможное, чтобы подопытные животные не испытывали страданий. Сейчас этому уделяется намного больше внимания, чем 20–30 лет назад.
С одной стороны, это продиктовано этическими соображениями. Рекомендации Федерации европейских ассоциаций по науке о лабораторных животных (FELASA) и Международного совета по науке о лабораторных животных (ICLAS) стандартизированы и четко закреплены. Исследователи, ветеринары и специалисты по работе с животными из этих организаций регламентировали множество биоэтических аспектов.
«У FELASA и ICLAS есть филиалы во многих странах, включая Россию. Они разрабатывают рекомендации, как содержать животных, какое у них должно быть питание, как должен работать исследователь: как он должен брать из клетки, как он должен сажать обратно в клетку, приучать к рукам», — рассказывает Елена. Все эти рекомендации мы стараемся соблюдать в нашей работе.
Так что к каждому подопытному ученые относятся с уважением и бережно. Однако привязываться к ним, как к питомцам, недопустимо.
«У каждого животного есть своя карточка на клетке, где написано, например, когда оно родилось, от каких родителей. Если с ним выполняли какие-то манипуляции: делали уколы какого-то вещества или его чему-то учили, — это тоже фиксируется. У него есть определенный номер или условная кодировка. То есть животное, безусловно, описано и промаркировано. Но его никто не зовет Пушистик или Малыш», — объясняет Елена.
Исследование болезни Альцгеймера
Спектр исследований, которые проводятся в ННГУ на базе Центра генетических коллекций, очень широк. Есть среди них и те, которые посвящены изменениям в головном мозге преимущественно в пожилом возрасте. Ученые стараются понять, от чего зависит, будет ли старение здоровым или сопровождаться нарушениями, дегенерацией и старческой деменцией.
Как ученому Елене интереснее всего в области нейробиологии изучение изменения работы нейронных сетей при болезни Альцгеймера и поиск способов их коррекции.
«Когда-то мы начинали делать первые шаги в рамках государственного задания. Оно уже закончилось. Сейчас это направление получило дальнейшее развитие в рамках научного центра мирового уровня «Центр фотоники» (был создан в 2020 году при поддержке нацпроекта «Наука и университеты». — Прим. ред.) Сегодня мы активно занимаемся исследованиями роли глиальных клеток, которые участвуют в регуляции передачи нервных импульсов и в изменении работы нейронных сетей при моделировании болезни Альцгеймера», — рассказывает Елена.
Прежде чем перейти к исследованиям этой болезни на грызунах (их только начали), ученые долгое время наблюдали за изолированными культурами нейронов, выращенными в пробирке, — еще более специализированной моделью, чем мыши.
Перспективы поиска способов терапии болезни Альцгеймера Елена и ее коллеги связывают с нейротрофическими факторами.
«Это такие соединения, которые синтезируются у нас в головном мозге нервными клетками. Они поддерживают их активность, выживаемость, стимулируют образование синаптических контактов. Известно, что при нейродегенеративных заболеваниях этих веществ синтезируется меньше», — объясняет Елена.
Предотвратить эти изменения ученые попытаются, повысив генерацию нужных веществ самими клетками с помощью безопасного генноинженерного вирусного вектора — методом генной терапии. Исследователи уже получили первые предварительные, но обнадеживающие результаты работы.
«Вирус встроится в ДНК, и клетка будет продуцировать больше этих белков. Уровень их содержания нормализуется. Это починит поломку в клетках, наладит их работу, и тогда не нужно будет принимать лекарства каждый день. Просто клеточки будут работать так, как надо. Уже всегда», — рассказывает Елена.
Елена надеется, что в будущем результаты исследований станут частью ее докторской диссертации.