Нагревание, давление, свет или присутствие определенных молекул вызывают электрический сигнал в нервных клетках, которые называются чувствительными нейронами. Такая электрическая информация передается нервным клеткам в центральной нервной системе — вставочным нейронам, которые отправляют сигнал далее двигательным нейронам — третьему, конечному звену простой рефлекторной дуги. Двигательный нейрон посылает сигналы мышцам и органам, запуская разные формы поведения, как, например, отдергивание пальца от раскаленной плиты или углубление дыхания во время пятикилометровой пробежки.

Простые рефлекторные дуги регулируют работу органов, так что вам не надо сознательно планировать все действия, необходимые для жизнеобеспечения организма. Когда вы вскакиваете с кресла и взбегаете по лестнице, чтобы ответить на телефонный звонок, вам не нужно думать о регуляции дыхания, сердечного ритма и давления крови. Рефлексы обеспечивают все необходимое, чтобы работа органов соответствовала потребностям тела и при отдыхе и при быстром беге.

Британский физиолог, нобелевский лауреат Чарлз Скотт Шеррингтон предположил, что простые рефлексы, основанные на рефлекторных дугах, служат основными строительными блоками в нервной системе. Совокупность миллионов нервных сигналов, обеспечивающих рефлексы, регулирует работу всех органов тела. Но Шеррингтон не задавался вопросом, каким образом электрические сигналы, приходящие от двигательных нейронов, контролируют работу органов. Ответ оказался относительно прост: с помощью определенных веществ. Нейроны передают информацию по длинному нервному волокну — аксону, заканчивающемуся в органе, который он регулирует. В самом конце аксона расположен синапс.

Между окончанием аксона с одной стороны синапса и нерва или органа с другой его стороны имеется пространство — синаптическая щель. Когда электрический сигнал доходит до конца аксона, в синаптическую щель выделяются вещества-нейромедиаторы, которые связываются с рецепторами на мембране клетки, расположенной с другой стороны щели, что приводит к изменениям в работе клетки-мишени. Оказывается, таким же образом действуют и многие лекарства.Фармацевтическая промышленность вкладывает миллиарды долларов в поиск и создание новых химических веществ, чтобы протестировать их в роли лекарств. Они всего-то должны, подобно нейромедиаторам, связываться с рецепторами. Многие популярные лекарства избирательно взаимодействуют с рецепторами, влияющими на обмен веществ и изменяющими активность генов в определенных клетках. Но они могут давать опасные побочные эффекты.

Мы получим явные преимущества, если будем использовать электронное устройство, чтобы посылать сигнал по нерву и запускать таким образом выделение нейромедиатора, похожего на лекарство. Вещества, созданные самим организмом, вырабатываются в определенных тканях в точно рассчитанном, безопасном количестве и в нужное время, что значительно снижает вероятность побочных эффектов.

В конце 1990-х гг. для лечения ревматоидного артрита, воспаления кишечника и ряда других заболеваний начали использовать средства нового типа — моноклональные антитела. Моноклональные антитела позволяют ослабить боль, отек, повреждение тканей и другие симптомы воспаления, вызванные избытком ФНО или некоторых других веществ. Для многих пациентов эти препараты были единственным средством продолжать нормальную жизнь. Но их цена была крайне высока. А самое главное — препараты могут вызывать опасные побочные эффекты, вплоть до летального исхода.

Профессор молекулярной медицины и нейрохирургии Кевин Трэси, работая над альтернативным способом блокировки ФНО, создал вещество, которое назвал CNI-1493. 

Кевин Трэси

После более десятка лет работы в лаборатории и во многих других научно-исследовательских учреждениях по всему миру стала понятна физиологическая и молекулярная основа воспалительного процесса. Многие из исследований были сосредоточены вокруг блуждающего нерва, он посылает сигналы от мозга к селезенке, печени, желудочно‑кишечному тракту, сердцу и другим органам. Особенно пристальное внимание вызывала селезенка, поскольку служит основным источником ФНО. Потенциалы действия распространяются по блуждающему нерву к верхней части брюшной полости и приходят к чревному ганглию — группе нервных клеток, волокна от которых идут в селезенку. Глубоко внутри волокна выделяют норадреналин, который затем связывается с клетками иммунной системы Т-лимфоцитами. Норадреналин соединяется с рецепторами на T-лимфоцитах, и запускает выработку следующего нейромедиатора, ацетилхолина, который связывается с рецепторами на других иммунных клетках — макрофагах и запускает выработку ФНО в селезенке. Когда ацетилхолин связывается с другими рецепторами (7-nAChR), блокируются два каскада молекулярных реакций и макрофаги прекращают производство ФНО.

Один из этих каскадов контролирует активность белка NF-B, необходимого, чтобы гены в ядре макрофага инициировали создание ФНО. Другой путь регулирует высвобождение IL-1 и других молекул, связанных с воспалением.

Определение анатомических и молекулярных основ этих реакций позволило показать, что нервная система может контролировать иммунный ответ. Когда инфекция или травма нарушают биохимическое равновесие, информация о таких изменениях поступает в мозг, и оттуда через моторные нейроны приходят сигналы, регулирующие высвобождение ФНО, IL-1 и других веществ в пораженных тканях и в кровотоке, создавая, таким образом, воспалительные реакции во всем организме.

Разработка новых методов наблюдения и контроля этих путей идет очень быстро. Сейчас мы можем, оценивая содержание цитокининов, следить за ходом воспаления. В будущем мы начнем расшифровывать электрические сигналы, идущие по нервам, чтобы диагностировать, отслеживать и контролировать воспалительные заболевания.

Ученые показали, что нейронные цепи, регулирующие иммунный ответ, можно выявить с помощью перерезания или стимуляции нервов, а также при  изучении путей активации генов и молекул, участвующих в иммунных реакциях. Полученные к настоящему моменту результаты позволяют надеяться, что таким образом можно будет лечить ревматоидный артрит, воспаление кишечника, рассеянный склероз и, возможно, даже диабет и рак.