Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали комплекс, который дает возможность исследовать электрофизиологическую активность различных участков мозга и анализировать влияние лекарственных средств, позволяющих замедлять развитие нейродегенеративных заболеваний (например, болезни Альцгеймера), у лабораторных мышей в режиме реального времени.
В СПбПУ создали комплекс для испытаний лекарств от нейродегенеративных расстройств / ©Getty images
Результаты исследования представлены здесь. «Мы реализовали программно-аппаратный комплекс для изучения мозга грызунов, который в том числе позволяет проводить стимуляцию мозга с помощью светового воздействия. С его помощью можно анализировать, как препараты для терапии нейродегенеративных заболеваний, в частности, болезней Альцгеймера и Хантингтона, влияют на мозг.
Одна из главных особенностей системы – беспроводной режим работы. То есть она, в отличие от аналогов, не ограничивает мышь в передвижениях, не мешает ее обычной жизнедеятельности», – отмечает Марина Болсуновская, научный руководитель лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ.
Исследование проведено совместно с сотрудниками Научно-исследовательского комплекса «Цифровые технологии в медико-биологических системах» Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» (в частности, с ведущими научными сотрудниками О. Л. Власовой, И. Б. Безпрозванным и другими сотрудниками Лаборатории молекулярной нейродегенерации СПбПУ).
Ранее изучить воздействие препаратов на мышах можно было только после самой терапии посредством вскрытия головного мозга и анализа срезов – эта операция только постфактум позволяла определить влияние лекарства на мышей. Кроме того, изучение активности головного мозга обычными электродами могло привести к тому, что у подопытных животных возникал некроз нейронной ткани, поэтому информацию можно было собирать за очень короткий промежуток времени – такие эксперименты приводили к быстрой смерти грызунов. Новая система работает с массивом микроэлектродов, которые в значительно меньшей степени повреждают ткани головного мозга, что дает больше времени на исследования.
Созданное в Политехническом университете устройство со встроенной батареей представляет собой небольшой имплант, подключаемый к электродам, которые устанавливаются в мозг грызуна. Данные передаются на компьютер в режиме реального времени. При необходимости модуль извлекается из гнезда на голове грызуна и заряжается. Роль зарядного устройства выполняет базовая станция, которая в рабочем режиме, когда модуль установлен на грызуне, принимает данные и передает их компьютеру.
«Во-первых, маленькие электроды снижают риск некроза, он не будет немедленно летальным для подопытного. Во-вторых, их очень много, так что образуется “гребенка” из электродов – это позволяет передавать одновременно большое количество данных с различных участков мозга. Таким образом, мы можем получать более точные и полные данные об испытаниях препаратов в режиме реального времени, и в принципе расширить поле для исследований препаратов», – поясняет Марина Болсуновская.
Разработка системы выполнена в рамках деятельности Научного центра мирового уровня (НЦМУ) «Передовые цифровые технологии», который был создан по нацпроекту «Наука и университеты» в 2020 году. НЦМУ создаются на базе научных организаций, вузов или их объединений в форме консорциума для выполнения научных исследований и разработок по приоритетным направлениям научно-технологического развития России.
