Как продлить человеческую жизнь и активное долголетие

© iStock

Исследования молекулярных механизмов долголетия дают возможность изучить вероятность существенного увеличения продолжительности жизни, в том числе активного долголетия, когда пожилые люди сохраняют трудоспособность и социальные связи. О деятельности Лаборатории исследований молекулярных механизмов долголетия «Вышка.Главное» побеседовала с ее руководителем Максимом Шкурниковым.

— Когда в университете появилась лаборатория?

— Лаборатория была создана на базе факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ в 2022 году после победы в большом конкурсном отборе. Значительные усилия потребовались для оснащения оборудованием для высокопроизводительного анализа экспрессии микроРНК, секвенирования ДНК, анализа количества и размера экзосом. Параллельно с оснащением формировались кадры лаборатории. Нам удалось привлечь ведущих исследователей из МГУ, ИМБ, НМИЦ радиологии. Совместными усилиями менее чем за год оборудование было закуплено и введено в эксплуатацию. Исследовательский коллектив начал публиковаться в высокорейтинговых журналах (Trends in Biochemical Sciences, Nucleic Acids Research).

— Каковы главные направления деятельности лаборатории?

— Наша лаборатория не ставила задачу заниматься продлением жизни напрямую. Мы сосредоточены на изучении процессов старения, начиная с клеточного уровня в разных органах, так как клетки иммунной системы, мозга, сердца, сосудов, кишечника и органов дыхания функционируют и стареют по-разному. Мы создаем модели, позволяющие совместно культивировать клетки различных органов и наблюдать за их старением. Основная цель — понять механизмы, которые побуждают клетку завершать свой жизненный цикл. Кроме того, мы исследуем ранние признаки заболеваний и занимаемся превентивной медициной, например изучаем жировую дистрофию печени на доклинических стадиях, до появления первых симптомов. В настоящее время реализуется крупный междисциплинарный проект по прогнозированию риска возникновения сердечно-сосудистых заболеваний на основе рутинных биохимических анализов крови, которые регулярно сдают в поликлиниках. Такая комплексная работа объединяет клеточную биологию, клиническую диагностику и профилактику возрастных заболеваний.

Максим Шкурников

© Высшая школа экономики

— Что это позволяет выявить?

— Высокий уровень определенных типов липидов в крови, прежде всего отдельных фракций липопротеинов низкой плотности, например липопротеина (а), несет высокий риск атеросклероза и других патологий сердечно-сосудистой системы.

Сейчас появляются препараты, позволяющие контролировать уровень этих липидов, но для назначения этих препаратов надо знать, что у человека повышен уровень липопротеина (а). Однако, согласно современным исследованиям, менее 0,5% населения проходило обследование на уровень липопротеина (а). Недостаточное выявление людей с его повышенным уровнем является серьезной социальной проблемой. Мы пытаемся прогнозировать его уровень по данным рутинных биохимических анализов, что позволит без дополнительных анализов определить людей, нуждающихся в углубленном обследовании.

— Среди ключевых направлений исследований названо изучение молекулярных механизмов долголетия. Насколько серьезны перспективы значительного увеличения продолжительности человеческой жизни?

— Последним мы не занимаемся, но перспективы повышения продолжительности жизни, безусловно, есть. Развивается превентивная медицина, которая позволяет предотвратить возникновение и развитие болезней, развивается трансплантология, в том числе ксенотрансплантация, то есть пересадка органов от животных. Их можно модифицировать так, чтобы иммунная система человека их не отторгала.

— Обоснованы ли предсказания некоторых футурологов, что уже в ближайшие десятилетия человек будет жить 120 лет и более?

— Радикальное увеличение средней продолжительности жизни до 120 лет и более в пределах одного поколения маловероятно, поскольку сегодня средняя продолжительность жизни европеоидов составляет около 80–85 лет. Рост продолжительности жизни в полтора раза кажется нереалистичным в короткие сроки, однако увеличение на 10–15 лет, включая период активного долголетия, вполне достижимо.

— Как этого можно достичь?

— Основные пути продления жизни связаны с профилактикой снижения мышечной массы и замедлением возрастных изменений мозга, а также возможной заменой органов. Заместить мозг пока невозможно, и его повреждения к 80–90 годам осложняют долгую жизнь.

Старение организма имеет сильную генетическую составляющую. Основная причина — слабый естественный отбор по признакам, проявляющимся после 50–60 лет, так как к репродуктивному возрасту (25–40 лет) негативные признаки редко проявляются, и долгожительство практически не отбирается природой. Однако сейчас средний репродуктивный возраст растет, что меняет эту ситуацию.

— Насколько? И что это означает для медицины и социальной сферы?

— Современные репродуктивные технологии позволяют женщинам рожать здоровых детей после 50 лет, что ставит задачу поддерживать здоровье еще 20–25 лет для воспитания потомства.

И хотя повышение средней продолжительности жизни до 120 лет в ближайшие десятилетия выглядит маловероятным, значительное продление здорового активного периода и постепенное увеличение максимального возраста жизни — вполне реальные цели для медицины и науки.

© iStock

— Есть опасения, что дальнейший рост продолжительности жизни приведет к еще более резкому старению населения Земли. Возможно ли пропорциональное увеличение длительности здоровой жизни?

— Безусловно, продолжительность активной и здоровой жизни имеет потенциал для пропорционального увеличения вместе с общим ростом продолжительности жизни. Уже сегодня мы наблюдаем, что люди остаются трудоспособными и деятельными гораздо дольше, чем раньше. Например, возраст выхода на пенсию недавно составлял 55 лет для женщин и 60 для мужчин, сейчас он постепенно повышается и, вероятно, будет расти дальше.

Ключевой вопрос здесь — экономика и социальная структура общества. Для того чтобы люди старшего возраста могли оставаться вовлеченными в трудовой процесс, нужна адаптация рабочих мест и создание условий, соответствующих их квалификации и способностям. Именно такие меры позволят эффективно продлить активное долголетие и сохранить высокий уровень качества жизни в пожилом возрасте.

— Еще одна привлекающая внимание сфера деятельности — разработка 2D- и 3D-моделей органов человека. Насколько продвинулась работа в этом направлении?

— Это действительно интересная и актуальная тема. На протяжении долгого времени клеточные модели существовали преимущественно в 2D‑формате: клетки контактировали лишь с себе подобными на плоской поверхности. Однако в организме взаимодействие происходит во всех направлениях. Именно поэтому в последние 20 лет активно развиваются трехмерные модели, в которых клетки растут в виде сфероидов или аморфных структур в геле. В такой системе они взаимодействуют не только с клетками разных типов, отражая гетерогенность органов, но и с внеклеточным матриксом. Такой подход позволяет гораздо точнее моделировать работу органа, и именно такие модели мы используем в нашей лаборатории.

Мы выращиваем опухолевые клетки совместно с клетками иммунной системы и фибробластами — клетками соединительной ткани. Это существенно меняет их поведение и позволяет воспроизводить процессы в органах человека более естественно. Такой метод особенно ценен при подборе персонализированной химиотерапии. Если исследовать только опухолевые клетки, они оказываются более чувствительными к лекарственным препаратам. Но в присутствии клеток органов и фибробластов чувствительность снижается, что отражает реальную клиническую ситуацию. Это делает возможным более точный и обоснованный выбор схем лечения.

— Лаборатория и ваши коллеги активно изучают особенности коронавируса, его разновидностей и его течения у пациентов с разными хроническими заболеваниями. Какие из них вы бы выделили?

— Мы изучали, существует ли генетическая предрасположенность к тяжелому течению COVID‑19. Одним из ключевых факторов является комплекс главной гистосовместимости человека, о котором впервые узнали в контексте пересадки органов. Именно он запускает иммунную реакцию отторжения, когда пересаженный орган распознается как чужой. Этот же комплекс играет важную роль и при встрече организма с вирусами.

Для каждого человека набор молекул этого комплекса в значительной степени уникален. Он состоит из шести вариантов рецепторов, похожих на замки, а вирус можно представить как ключ. Если он подходит к замку, иммунная система вовремя активируется, и болезнь протекает в более легкой форме. Если же ключ не совпадает с замком, иммунный ответ формируется хуже, и заболевание переносится тяжелее. Такое знание имело особое значение в начале пандемии, когда не существовало единых протоколов лечения и исход во многом зависел от индивидуальных особенностей организма. Позже, с развитием эффективных схем терапии, значение таких прогнозов уменьшилось.

Еще одно направление нашей работы называется довольно загадочно: «Разработка подходов к искусственной индукции старения отдельных клеточных моделей микрофлюидной системы для изучения взаимосвязей процессов старения разных систем организма». Если объяснить проще, то мы пытаемся понять, может ли старение одних клеток вызывать старение других, с которыми они соседствуют. Для этого мы искусственно старим одни клетки в модели и наблюдаем, изменяет ли их состояние поведение других клеток, живущих вместе с ними. Так исследуются механизмы совместного старения, что помогает приблизиться к пониманию того, как процесс развивается в организме в целом.

— Клетки каких-то органов стареют быстрее?

— Клетки разных органов стареют примерно с одинаковой скоростью. Более того, они активно взаимодействуют между собой, и патологические изменения или повреждения в одном органе могут влиять на состояние всех остальных. Обычно сильных дисбалансов в скорости старения органов не наблюдается.

© iStock

— Какие значимые достижения работы лаборатории вы бы отметили?

— Я бы отметил не только работу нашей лаборатории, но и значимые достижения всего факультета, поскольку мы работаем в тесном сотрудничестве.

Во‑первых, у нас вышел большой цикл исследований, посвященных COVID‑19 и генетическим факторам, влияющим на течение болезни. Это дало возможность глубже понять индивидуальные различия в реакции организма на инфекцию.

Во‑вторых, мы добились весомых результатов в области микрофлюидных моделей. Эти технологии позволяют наблюдать за клеточными процессами в условиях, максимально приближенных к организму человека.

Важным направлением стала разработка методики выделения первичных культур опухолевых клеток, она открывает новые возможности персонализированного подбора лечения рака простаты и прямой кишки.

Отдельно хотелось бы подчеркнуть проекты с использованием искусственного интеллекта. Мы внедряем методы машинного обучения для ранней диагностики рака языка. Подобно тому, как сейчас ведется диагностика меланом и наблюдение за родинками, мы разрабатываем системы, распознающие подозрительные изменения на языке. Даже небольшая язвочка может стать сигналом опухолевого процесса, и крайне важно выявить ее вовремя. Здесь мы создаем мобильное приложение: человек сможет сфотографировать язык, а нейросеть проанализирует изображение и порекомендует обратиться к онкологу, если это необходимо.

Еще одно значимое направление — применение методов машинного обучения для изучения липопротеина (а), что имеет большое значение для кардиологии и профилактики сердечно‑сосудистых заболеваний.

— Как научно-практические достижения лаборатории применяются в учебном процессе? Насколько активно в ее деятельности участвуют молодые сотрудники — студенты-старшекурсники и аспиранты Вышки?

— Мы активно вовлекаем студентов уже со второго-третьего курса бакалавриата, предлагая им участие в программе стажеров‑исследователей. Благодаря этому они получают возможность не только ставить эксперименты и анализировать полученные данные, но и соавторствовать в научных публикациях.

Практические занятия для студентов проводят сотрудники нашей лаборатории. В процессе мы видим ребят, проявляющих высокий интерес к исследованиям, и предлагаем им более глубокое участие в научной деятельности. Это помогает им рано войти в профессию и почувствовать себя частью научного сообщества.

— С какими подразделениями Вышки вы сотрудничаете наиболее активно?

— С факультетом компьютерных наук, прежде всего в сфере машинного обучения и искусственного интеллекта.

Конкурс проектов «Создание экспериментальных научно-исследовательских лабораторий по естественно-научным направлениям на период с 01.02.2022 по 31.12.2026» был организован и проведен в университете во второй половине 2021 года. Его целью стали создание, поддержка и развитие в Вышке научных направлений и школ международного уровня, а также развитие современной инфраструктуры естественно-научного кластера университета. Конкурс проводился по двум направлениям — «Биофотоника» и «Старение: биология, физиология, биомедицина, биостатистика, биоинформатика».

Итоги были подведены в декабре 2021 года на заседании конкурсной комиссии под председательством ректора НИУ ВШЭ Никиты Анисимова. Лучшим был признан проект «Роль некодирующих РНК в обеспечении активного долголетия» под руководством доцента факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ Максима Шкурникова. В условиях роста ожидаемой продолжительности жизни (в частности, в России с 2000 года данный показатель вырос на 8 лет) этот проект важен для развития научного знания о процессе старения, то есть для обеспечения достойного качества жизни и здорового долголетия людей.