Встряхнуть и охладить: инженеры предлагают лечить сотрясение мозга по-новому

Кристиан Франк за работой.

Кристиан Франк за работой.
Фото UW-Madison.

Состояние клеток мозга при разных температурных режимах. Изображение: UW-Madison
Кристиан Франк за работой.
Состояние клеток мозга при разных температурных режимах. Изображение: UW-Madison

В наш век продвинутой медицины и биотехнологий может показаться странным, что не существует эффективных методов терапии, которые бы использовались при сотрясении мозга и других черепно-мозговых травмах.

До недавних пор сотрясение головного мозга (СГМ) считалось самой легкой и самой частой (3/4 случаев) разновидностью черепно-мозговой травмы, сопровождающейся по большей части лишь краткосрочными расстройствами. Соблюдение максимального покоя в сочетании с различными препаратами – вот, собственно, наиболее распространенная схема лечения СГМ легкой и средней степени тяжести.

И это, несмотря на то, что даже единичное сотрясение мозга может вызвать хоть и небольшое, но все же повреждение клеток. Кроме того, медики установили, что повторные инциденты могут иметь накопительный эффект и оказывать разрушительное воздействие на мозг. Сто лет назад в ходу были такие термины как "деменция боксеров" или "синдром пьяного драчуна", а сегодня отсроченные последствия подобных травм носят пугающее название "хроническая травматическая энцефалопатия". Зачастую они встречаются у вполне здоровых людей – например, увлекающихся экстремальными или командными видами спорта.

Современных методов лечения СГМ, напомним, до сих пор нет. Однако в будущем, возможно, сотрясение мозга будут лечить охлаждением этого самого мозга. И нет, не прикладыванием к голове пакета со льдом: всё немного сложнее.

Новый метод разработали не медики, а инженеры из Висконсинского университета в Мэдисоне, США. Лабораторные эксперименты с клетками мозга показали настолько хороший результат, что Кристиан Франк (Christian Franck), доцент кафедры машиностроения и руководитель исследования, эмоционально заявил: "Это было невероятно!".

Свои выводы исследователи изложили в научной статье, опубликованной в издании PLOS ONE.

На фото ниже представлены все участники эксперимента: сам Кристиан Франк, коллагеновый гидрогель с культурами клеток мозга крысы, электронный микроскоп и миниатюрное ударное устройство, которым и наносились "травмы", вызывающие сотрясение.

Кристиан Франк за работой.

В ходе экспериментов Франк и его коллеги выявили несколько ключевых параметров, определяющих эффективный режим охлаждения для уменьшения повреждений клеток.

"Мы обнаружили, что оптимальные параметры для этого метода лечения имеют очень точные рамки. Охлаждение не должно быть слишком слабым или слишком сильным, а еще нельзя слишком долго откладывать начало терапии после травмы", – говорит Франк.

Но, когда исследователи наконец выяснили эти оптимальные параметры, результат оказался поразительным.

"Я сам удивился, насколько эффективно сработало охлаждение. Мы даже вернулись к началу и несколько раз воспроизвели наиболее успешный эксперимент, потому что я просто не мог в это поверить", – рассказывает Франк.

Исследователи наносили "травмы" гидрогелю с клетками мозга, а затем подвергали поврежденные клетки воздействию разных температур: 37, 35, 33 и 31,5 градуса по Цельсию. Охлаждение до 31,5 градуса оказалось губительным для клеток (это наглядно показано на снимках ниже), тогда как 33 градуса по Цельсию обеспечили наибольшую защиту клеток спустя 24 и 48 часов после травмы.

Состояние клеток мозга при разных температурных режимах. Здоровые клетки показаны зелёным цветом, мёртвые – красным.

Другим важным фактором является время. Исследователи определили, что для достижения наилучшего результата следует начать охлаждение в течение четырех часов после травмы и поддерживать его не менее шести часов. Впрочем, по словам Франка, охлаждение даже в течение 30 минут уже способно улучшить конечный результат.

Выяснилось, что при соблюдении этих параметров биохимический процесс повреждения клеток словно отключается. Иными словами, клетки оставались здоровыми и нормально функционировали, несмотря на недавно полученную травму средней тяжести.

На этом исследователи не остановились: через шесть часов при температуре 33 градуса они нагрели травмированные клетки до нормальной температуры тела, чтобы выяснить, не приведет ли "потепление" к повторному запуску разрушительных биохимических процессов, типичных для черепно-мозговой травмы.

"Самым большим сюрпризом для нас стало то, что молекулярные "переключатели" оставались выключенными, без изменений, на протяжении всего лабораторного эксперимента. Это было невероятно!", – поделился впечатлениями Кристиан Франк.

Франк и его коллеги сравнили полученные результаты с предыдущими исследованиями на животных и рандомизированными испытаниями на людях, имевшими такую же цель: изучение терапевтического эффекта охлаждения при черепно-мозговых травмах.

"Что весьма обнадеживает, при вводе полученных нами конкретных параметров мы обнаружили большое сходство между результатами исследований. Но это вовсе не конец истории: мы полагаем, что нужно переходить к дальнейшим исследованиям на животных", – считает Франк.

Впрочем, прежде чем охлаждение мозга станет рутинной процедурой для пациентов клиник, предстоит преодолеть еще немало трудностей. Например, нужно разработать способ изоляции мозга для охлаждения, ведь простое понижение температуры всего тела будет иметь негативные последствия для сердца и иммунной системы человека.

Франк, будучи инженером, полагает, что создание аппаратуры для изолированного охлаждения мозга станет ключом к распространению нового метода терапии.

"Надеемся, что наша статья подогреет мотивацию и интерес к решению технических задач, связанных с предоставлением такого типа лечения в будущем. Долгое время в научной литературе не было однозначного ответа на вопрос, является ли охлаждение эффективным методом лечения СГМ. В нашем исследовании мы показали: "да, оно эффективно, во всяком случае на клеточном уровне". И теперь действительно стоит подумать, как реализовать это на практике", – призывает Франк.

Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что сотрясения мозга нарушают связь между полушариями мозга, а также об анализе "рисунка" крови, который позволит поставить диагноз СГМ более точно.