Тогда я понял: мне нужно покинуть стены научной лаборатории и снова сесть за парту, чтобы детально изучить болезни головного мозга. Прежде всего меня интересовали внутренняя картина и ход развития нейродегенеративных заболеваний (болезни Альцгеймера, Паркинсона, Лу Герига и других), а также нейропатологические изменения головного мозга. Только так можно было понять лежащие в их основе фундаментальные механизмы. Чтобы разработать эффективное оружие, следует для начала изучить «врага» со всех сторон.
В те годы царила эра доктора Маркуса Уэлби, и в медицинских школах «штамповали» врачей общей практики. Страна жила лозунгом: «Каждой семье – по семейному врачу», поэтому люди, желавшие не только лечить, но и проводить биомедицинские исследования, относились ко второму сорту. Один из экзаменаторов, преподаватель «прогрессивного» университета, сказал, что я выкину свою жизнь на помойку, если оставлю научную деятельность и стану врачом. Я удивился: разве обширные знания вкупе с сочувствием к пациентам не способны дать больший результат? На что он махнул рукой и ответил: «Я-то думал, вы хотите изменить мир». Мне, 21-летнему наивному парню, было дико слышать, что врачи «не способны менять мир». По иронии судьбы, девять лет спустя, уже после окончания медицинской школы при Университете Дьюка, я, проходя резидентуру по терапии все в том же Университете Дьюка и параллельно резидентуру по неврологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, услышал в свой адрес очередную критику. Меня назвали «клиницистом, мечтающим о фундаментальных исследованиях».
Поступить на резидентуру по неврологии в Калифорнийский университет меня убедил молодой профессор Стенли Прузинер. Стен изучал группу редких заразных заболеваний под названием «трансмиссивные губчатые энцефалопатии»
[9], к которым относится коровье бешенство. В 1997 году Прузинер удостоился Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие прионов – термин, введенный им для обозначения агентов (по размеру меньше вирусов и состоящих исключительно из белка без какого-либо генетического материала), являющихся возбудителями данных заболеваний.
В 1989 году, защитив докторскую по нейродегенеративным заболеваниям и пройдя стажировку в лаборатории Прузинера, я создал собственную лабораторию в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса. Я хотел найти ответы на два связанных между собой вопроса, которые и побудили меня к дальнейшему обучению. Первый: почему при болезни Альцгеймера происходит дегенерация мозговых клеток? И второй: что является посредником этой дегенерации: физиологическая сигнализация или чисто патологические нефизиологические процессы? Иными словами, болезнь Альцгеймера – это просто совпадение, как попадание кислоты на кожу или удар молнии? Или это что-то намного более интересное и фундаментальное, нечто, отображающее изменение состояния головного мозга. Как сказал выдающийся физик Ричард Фейнман: «Природа плетет узоры только длинными нитями, поэтому всякий, даже самый маленький, образчик может открыть нам глаза на строение целого». Хорошая новость для физиков, изучающих кварки. Но смогут ли нити болезни Альцгеймера привести нас к познанию истины головного мозга? Позволят ли отыскать способы обратить вспять дегенеративные процессы?
Важно понимать, что методы лечения будут кардинальным образом отличаться в зависимости от того, являются ли нейродегенеративные процессы случайными или запрограммированными (т. е. результатом нормальной, но по каким-то причинам вышедшей из-под контроля физиологии головного мозга). Если нейродегенерация сродни капле кислоты в мозге, необходимо нейтрализовать эту кислоту и подумать над использованием стволовых клеток, чтобы «заселить» пораженные участки новыми нейронами. Если же это часть внутренней мозговой программы, которая используется для поведения вполне обычных процессов, подход будет совсем иным: нам потребуется детально изучить программу и понять, в какой момент она дала сбой, перенастроить ее и восстановить здоровье головного мозга.
Клеточный суицид. Безболезненный, но приводящий ко многим изменениям
Когда в 1989 году я основал собственную лабораторию, не существовало простой модели нейродегенеративных заболеваний в чашке Петри, а значит, и способа разграничить эти две вероятности. В отличие от раковых клеток, которые можно взять у пациента и выращивать в лабораторных условиях, изучая их поведение и уязвимость, нельзя отрезать кусок мозга живого человека и вынуть часть нейронов. А потом, как оценить действие болезни Альцгеймера в лаборатории? Этого на тот момент тоже не умели. Чтобы понять, почему при нейродегенеративных заболеваниях, например при болезни Альцгеймера, происходит разрушение нейронов и синапсов, нужно вырастить нейроны в лаборатории и воспроизвести стадии, через которые они проходят на пути к заболеванию. Такая нейронная клеточная культура должна быть генетически изменяема, т. е. мы должны иметь возможность менять гены в нейронах и отслеживать, как это скажется на их поведении и течении болезни. Перед нами стояла цель разработать модель in vitro
[10], довольно точно имитирующую болезнь. Конечно, нейроны не могут заблудиться в собственном доме или забыть лица родных и близких, но в теории они могут подвергнуться тем же процессам дегенерации, что и нейроны в головном мозге человека с болезнью Альцгеймера. Так, в свое время исследователи-онкологи вырастили в пробирке раковые клетки, чтобы проследить их прогрессирование и, соответственно, реакцию на потенциальные противораковые препараты. Честно признаться, в 1990-х годах ученые с большим скептицизмом воспринимали идею создания in vitro модели нейродегенерации. Они свято верили, что процессы, происходящие в чашке Петри в течение нескольких часов или дней, не имеют никакого отношения к процессам, годами протекающим в организме людей, страдающих дегенеративными заболеваниями. К счастью, это убеждение оказалось ложным, и то, что мы смогли узнать на примере данной модели, в конечном итоге позволило разработать первую эффективную программу по восстановлению когнитивных функций.
Лабораторные исследования показали: клетки, в которые введены гены болезни Альцгеймера, при ухудшении условий жизни запускают программу клеточного самоубийства, даже не пытаясь сопротивляться.
В 1994 году совместно с коллегами я стал выращивать мозговые клетки человека и грызунов в чашке Петри. (Человеческие образцы были взяты из нейробластомы или глиомы; такие раковые клетки растут вечно и являются бесценным источником клеточных линий в ходе любых исследований. Недавно они почти повсеместно были заменены стволовыми клетками, но в 1994 году их было не достать). С помощью так называемого процесса трансфекции мы ввели в клетки гены, связанные с болезнью Альцгеймера и другими нейродегенеративными заболеваниями, и стали наблюдать их поведение. Вначале казалось, что они ничем не отличаются от обычных клеток.
