Биофизика сердца - Константин Агладзе , Дарья Максимова, Андрей Колесников - Наука в фокусе - 2015-05-17
А. Соломин
―
Добрый вечер. Я Алексей Соломин. Ничего удивительного. Сегодня вместо Наргиз Асадовой. И Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света» здесь, на своём месте. Добрый вечер, привет.
Е. Быковский
―
Привет, Лёша. Здравствуйте, дорогие друзья. К сожалению, мы сегодня без Наргиз. Но зато она нам привезла множество материала, который мы используем в следующих передачах. Она была на серьёзном технологическом форуме по ту сторону океана. Но сегодня без неё, увы.
А. Соломин
―
Но я, пожалуй, единственный, который здесь рад тому, что я. Мне просто очень нравится. И темы у нас сегодня очень интересные, кстати говоря. Слушателям нашим придётся одну недельку подождать. Она обязательно вернётся на следующей. Ничего страшного не случилось.
Е. Быковский
―
Не случилось.
А. Соломин
―
+79859704545 – телефон для СМС. Аккаунт vyzvon в Twitter’е и сайт echo.msk.ru.Мы сегодня будем говорить о биофизике сердца. У нас будет гость. Мы с ним обстоятельно поговорим. Константин Агладзе, биофизик, профессор МФТИ, создатель и руководитель научной лаборатории наноконструирования мембранно-белковых комплексов для контроля физиологии клетки. Что это такое, мы обо всём поговорим.
Е. Быковский
―
Давайте я сначала я объясню, почему мы решили поговорить с Константином. Он, к сожалению, тоже должен был приехать в студию, чуть-чуть не успел, поэтому поговорим по телефону. А суть разговора будет состоять в следующем: как вы знаете, мы обычно берём какую-нибудь животрепещущую тему. Предпочитаем, конечно, российских учёных. И вот в прошлом месяце в журнале PLOS ONE вышла статья за авторством российских учёных из Московского физико-технического института, в частности, Константина Агладзе, что паутина, это такая подложка из генно-инженерных волокон белка спидроин, из которого состоит паучья нить, оказалась лучшей основой для выращивания из клеток тканей сердца.Вообще замечу, что выращивание органов и тканей из собственных клеток пациента – одно из самых перспективных и интересных направлений научной медицины. Регенеративные методы позволяют решить проблему отторжения трансплантатов. Но тут учёные сталкиваются с проблемой поиска подходящего каркаса, субстрата, на котором можно выращивать клетки. Материал для них должен быть не токсичным, не отторгаться организмом (это большая проблема), быть достаточно эластичным, не препятствовать росту клеток. И вот случился такой некоторый прорыв, по которому я прочитал множество публикаций в западной прессе и всего парочку в российской. И вот мы сейчас исправим это досадное упущение наших коллег и поговорим с Константином по телефону о сути его работы.
А. Соломин
―
Да, он уже присоединился, кстати. С нами Константин Агладзе, ещё раз напомню, биофизик, профессор МФТИ. Здравствуйте, Константин Игоревич. Слышите нас?
Е. Быковский
―
Здравствуйте, здравствуйте.
К. Агладзе
―
Да, очень приятно.
Е. Быковский
―
Давайте мы начнём просто с некоторых общих мест. Расскажите, пожалуйста, о сути вашей работы, о том, чем вы занимаетесь в своей лаборатории, когда она появилась и почему.
К. Агладзе
―
Лаборатория появилась, это проще всего, она появилась тогда, когда мы выиграли в первой волне так называемый мегагрант российского правительства. И на эти средства этого мегагранта, начиная с конца 2010 года, была сформирована лаборатория. Кстати, она называется сейчас совершенно по-другому. Вот эта абракадабра насчёт наноконструирования белковых комплексов – она отставлена.
А. Соломин
―
А сейчас?
К. Агладзе
―
Называется она сейчас Лаборатория биофизики возбудимых систем. Мы занимаемся сердцем и фундаментальными механизмами его функционирования, а также тканевой инженерии сердца, но мы решили заложить основы для некоторого расширения, потому что к возбудимым системам относится и нервная ткань, и многие другие вещи, которыми мы могли в принципе тоже заниматься в перспективе.
А. Соломин
―
Всё-таки основное направление, я так понимаю – сердце?
К. Агладзе
―
Основное, да. То есть основной объект исследования сейчас – это сердце. Причём, мы работаем не на препаратах сердца, а мы работаем на тканевых и инженерных таких лоскутах. И изучаем на них проведение возбуждения главным образом. Дело в том, что сердцу можно проводить возбуждение. Помимо того, что оно сокращается.
Е. Быковский
―
Что значит проводить возбуждение?
К. Агладзе
―
Это значит, что клетки могут обмениваться информацией, если коротко. То есть клетка возбуждается. Что такое возбуждается? Все прекрасно знают, что такое электрокардиограмма, верно?
А. Соломин
―
Синусоида такая.
К. Агладзе
―
Хоть раз в жизни что-то записывали. Значит, есть некая электрическая активность сердца, которая складывается из электрической активности отдельных клеток. Что такое возбуждается? Когда она возбуждается, меняется потенциал на этой клетке. И вот это изменение потенциала может передвигаться, переходить с клетки на клетку, как волна. И таким образом клетки синхронизуются и сокращение происходит скоординированно. Потому что эта информационная волна изменения потенциала на клетках очень важна для правильного функционирования.
А. Соломин
―
Это непосредственно влияет на сокращение мышцы?
К. Агладзе
―
Волна даёт сигнал, когда надо сокращаться. Понимаете? Ведь у нас в сердце я даже не знаю, сколько клеток. Десятки миллионов. Каждая клетка должна знать, когда ей сократиться. Потому что если ещё автоматия у каждой клетки. Клетки могут сокращаться спонтанно. Ну и представьте, у вас толпа людей. Если людям не задали направление, начинается: один идёт в одну сторону, другой – в другую, третий – в третью. И происходит некоторое такое броуновское движение.
Е. Быковский
―
Для этого во главе толпы обычно ходят такие специальные люди с шестом, которых издалека видно. А тут, наверное, драйвер-ритмом они называются.
К. Агладзе
―
Да, ну вот водитель ритма. А здесь это устроено немножко более элегантно. И у каждого сердце у млекопитающего, и у человека в том числе, не только у млекопитающего есть водитель ритма, так называемый синусный узел, который запускает эту волну возбуждения. Она сначала охватывает предсердие. Предсердие сокращается. После этого происходит небольшая задержка. И после этого волна охватывает желудочки. И всё это опять сокращается. Отсюда получается тот самое «тук-тук», которое вы всегда услышите, если послушаете сердце у себя или у кого-нибудь.
Е. Быковский
―
Сердце является одним из основных человеческих органов после мозга, вероятно, а, может быть, даже и наравне с ним. Какие проблемы в основном у него бывают. Вы же не просто ради научного интереса этим занимаетесь. Есть и какие-то практические результаты.
К. Агладзе
―
Вы правильно сказали, что сердечно-сосудистая система – это одна из важнейших систем организма, и если её отключить то она работать не будет. Сердце в каком-то смысле уникально вот почему: функция, которую оно выполняет, простая, это всего-навсего перекачка крови.
А. Соломин
―
Насос.
К. Агладзе
―
Да, это насос. А в то же время устройство сердца очень сложное. Почему так получилось? Это вопрос, наверное, к эволюции, а, кроме того, есть ещё, конечно, и некоторые нюансы по поводу того, что кровь в сердце не повреждается. Ведь на самом деле искусственные насосы, которые сейчас и применяются, они большие.Это когда ставят сердце на холм и на нём делают операцию, аппарат искусственного кровообращения прокачивает кровь человека. Но всегда была большая проблема – это то, что повреждаются клетки крови.
То, чем мы занимаемся: мы изучаем, как волны возбуждения по сердцу распространяются, и что может привести к дезорганизации этих волн возбуждения. Потому что самое печальное, когда возникают вращающиеся вихри в сердце, вращающиеся вихри возбуждения. Они имеют тенденцию размножаться и в конечном итоге могут привести к тому, что называется фибрилляцией. Смотрится это со стороны как остановка сердца, хотя на самом деле это не остановка. Каждая клетка работает в меру всех своих сил. Но из-за полной дезорганизации вот эта прокачивающая функция сердца прекращается.
А. Соломин
―
А из-за чего это происходит? Ещё раз. Почему хаотично начинают эти клетки работать?
К. Агладзе
―
Если, например, участок сердца повреждён, например, из-за ишемии, то есть инфаркта, если произошли какие-то другого типа повреждения, обычно это плохое кровоснабжение участка сердца на самом деле. Он отличается по своим характеристикам от окружающих участков, и на этой, как мы говорим, неоднородности могут возникать разрывы волн возбуждения. На самом деле здесь мы как раз сталкиваемся с тем, почему физики пришли в кардиологию, потому что физики понимают, как распространяются волны, физики понимают, почему волны могут потерять устойчивость, что такое вообще потеря устойчивости и что потом с этими волнами может произойти. Здесь как раз физика.
Е. Быковский
―
Правильно ли я понимаю, что на живом сердце на протяжении десятков лет так или иначе возникнут какие-то участки соединительной ткани, какие-то ещё проблемы. То есть эти проблемы неизбежны с неправильным распространением волн?
К. Агладзе
―
Безусловно. С возрастом это всегда накапливается. Потому что очень многие вещи, какие-то микрорубцы, микроинфаркты часто бывают… Даже не микроинфаркты. Известны случаи, когда люди переносили на ногах инфаркт, фактически не зная об этом. И только уже самый точный врач, а именно патологоанатом потом сообщал, что у человека было три инфаркта.
А. Соломин
―
Я ещё раз напомню нашим слушателям. У нас по телефонной связи Константин Агладзе, биофизик, профессор МФТИ и, чтобы не ошибиться в этот раз, руководитель научной лаборатории, если я правильно помню, биофизики возбудимых систем.
К. Агладзе
―
Совершенно верно.
Е. Быковский
―
Давайте продолжим. Почему достаточно большой интерес вызвала ваша статья? Что особенно интересного, что вы выращивали…
К. Агладзе
―
Дело в том, что очень много материалов сейчас используется, для того чтобы выращивать… клетки, то есть эти лоскутки, прообраз стенки сердца, что ли. Но проблема в том, что крайне трудно бывает найти материал, который был бы одновременно прочным и эластичным.Конечно, я понимаю, что мне сейчас скажут, что мне можно было дать какое-нибудь техническое задание химикам, потом лет 5, наверное, ждать, чтобы они там какой-то опытный вариант предложили.
Е. Быковский
―
Я вас перебью. Я неслучайно задал этот вопрос. За последние годы быстрота обработки таких заданий сильно увеличилась. Метаматериалов получилось очень много. На компьютере просчитывают довольно быстро, и путём проб и ошибок, может быть, уже не самый хороший метод двигаться?
К. Агладзе
―
Да, наверное. Это, наверное, был бы… я специально, знаете, говорю о том, что вообще должно… И в этой ситуации, да, идти широким фронтом таким образом… но тем не менее это не так всё радужно выглядит, поверьте, когда сталкиваешься напрямую с такими вещами.А здесь просто счастливый случай свёл нас с людьми, которые умеют делать вот этот рекомбинантный спидроин. И его уже на самом деле в тканевой инженерии использовали, только не для сердца, на самом деле использовали для гораздо более простых задач. То есть, например, укрепляли им связки. А мы решили попробовать для сердца делать.
Дело в том, что когда клетки развиваются на вот этом полимерном каркасе, для клеток очень важно иметь правильную среду обитания. И в понятие среды обитания сердечных клеток входит в том числе и эластичность их окружения, то есть какую они могут силу прикладывать, как они могут сокращаться, как они могут расслабляться – это очень важно, чтобы ткань выросла правильная и здоровая.
А. Соломин
―
В лабораторных условиях удаётся у вас создать эти условия?
К. Агладзе
―
Сейчас на самом деле в статье и было показано, что когда мы вырастили сердечную ткань, правда, это всего лишь слой клеток, но они прекрасно взаимодействуют, и они живут, сокращаются, что она, эта выращенная ткань, обладает по своим характеристикам практически всеми характеристиками, с которыми ткань сердца нативно in vivo работает.
Е. Быковский
―
Там же в статье я прочитал, что это лучшая основа для выращивания клеток тканей сердца. А остальные такие есть, и чем они хуже?
К. Агладзе
―
Лучшая из тех, что мы знаем сейчас. То есть мы тоже перебрали большое количество разных полимерных волокон, и для некоторых задач они нас вполне устраивают, например, поликапролактон.Но для адекватного воспроизведения именно механоэластических свойств сердечной мышцы спидроин, похоже, что оптимальная вещь пока.
Е. Быковский
―
Я хотел спросить: а есть ли какие-то подложки из генно-инженерных волокон, которые уже сейчас используются в клинических целях? В реальных.
К. Агладзе
―
Я пока не знаю таких пока.
А. Соломин
―
То есть заплатки на сердце сейчас не ставят?
К. Агладзе
―
Нет, не ставит никто никаких заплаток сейчас. Понимаете, сейчас мне скажут, что да, чего-то там на компьютере смоделировать, потом дать ТЗ, потом 3d-принтинг. А у меня после этого вообще очень грустное настроение начинается, потому что куча модных слов, а выход очень небольшой.На самом деле я могу вам сказать, что эта задача очень сложная. То есть вырастить несколько слоёв, а, например, адекватное сердечно-сосудистое русло прорастить туда, а иначе вы не вырастите мышцу – это уже возникает проблема.
И на самом деле сейчас главная проблема – это как раз именно в том, чтобы выращивать ткань уже с сосудистым руслом. Тогда вы сможете вырастить толстую ткань. В противном случае, если вы будете просто напластовывать один слой клеток на другой, то те, которые окажутся внутри, они погибнут, потому что диффузии будет недостаточно для того, чтобы снабжать их кислородом и убирать оттуда метаболиты.
Е. Быковский
―
Да, одного слоя для заплатки недостаточно. Скажите, Константин, у меня возникает вопрос: а зачем пытаться решать задачу таким бионическим способом, если можно на неё посмотреть с другой стороны, как на инженерную задачу: главное, чтобы из неотторгаемых материалов, из каких-нибудь нейтральных полимеров сделать этот насос, и пусть себе работает. Может быть, это будет проще?
К. Агладзе
―
Замечательно, конечно. Очень хороший вопрос. Именно к этой мысли я в последний момент уже начал склоняться, и даже в какой-то из лекций я развивал эту идею. Я не зря сказал, что у сердца достаточно простая функция – это именно прокачка крови. И, конечно же, используя современные полимерные материалы, наверняка можно добиться ситуации, при которой на форменные элементы крови, то есть клетки крови не будут повреждаться при прокачке.Более того, недавно была публикация: в Техасе человеку, который ожидал пересадки сердца, то есть он ожидал донорского сердца и не мог его дождаться, если бы его на своём сердце, ему вставили-таки насос. И он на этом насосе несколько месяцев прожил, дожидаясь донорского сердца.
Е. Быковский
―
Я даже не знал эту историю.
К. Агладзе
―
Есть такая история, если вы посмотрите, погуглите, найдёте.
А. Соломин
―
Недавний случай, тоже достаточно громкий: французский 69-летний мужчина, как писали СМИ, прожил 9 месяцев с искусственным сердцем, Кармат, по-моему, называется это сердце. 9 месяцев – это прорыв?
К. Агладзе
―
Это считайте, что это уже… Понимаете, здесь ведь вот какая вещь: если 2 суток прожил – это уже прорыв. Потому что дальше начинаются технические проблемы. Они уже не принципиальные. Понятно, что где-то что-то какое-то заражение, где-то воспаление тканей из-за контакта. Но всё это технически решается. Если принципиально это показано, то вперёд, там можно работать.И у меня как раз последнее время ощущение, что всё целиком сердце выращивать, вообще говоря, бессмысленно. Можно выращивать, скорее всего, отдельные элементы сердца. Это гораздо более простая задача. Например, существует ряд патологий, при которых этот синусный узел сердца перестаёт работать нормальным пейсмейкером. И тогда , это сейчас общепринято, вставляется искусственный пейсмейкер, водитель ритма. Сейчас они имплантируются вовнутрь, управляется он обычно снаружи. Либо у него ещё микрочип там есть.
В принципе, если вырастить, например, пейсмейкерные клетки, создать из них небольшой кусочек ткани и имплантировать вот этот кусочек просто в синусную ямку туда, то таким образом можно подойти к вопросу гораздо более радикально. Никаких пейсмейкеров, которые бы зависели от внешней энергии, от ещё чего-то – можно было бы этого избежать.
Е. Быковский
―
То есть способы решения сердечных проблем можно разделить на две группы: одна из них – ставить мелкие заплатки при мелких проблемах, и вы близки к этому решению, насколько я понимаю, а другая – при больших проблемах разработать всё-таки хороший насос вместо всего этого сердца, которое выращивать, возможно, гораздо дороже и сложнее, чем создать какой-то аппарат, правильно?
К. Агладзе
―
Да, совершенно верно, вы абсолютно правы. Но здесь есть ещё один аспект. Я как раз не очень люблю, это вообще с лёгкой руки журналистов появилось, простите, когда нам стали приписывать, что мы сердца выращиваем в пробирках и тому подобное. На самом деле мы создаём тканево-инженерные лоскуты, на которых изучаем условия, при которых волны возбуждения могут рваться. После этого мы можем исследовать, например, как антиаритмик, и предполагается, что он должен помогать избегать таких ситуаций. И дальше мы просто напрямую буквально видим: вот мы накапали один антиаритмик, мы увидели, что ничего хорошего не произошло. Другой – и видим, что тогда всё получается как раз очень хорошо, и волн нет.То есть на самом деле мы можем фактически проверять эффективность лекарств. Или наоборот, брать вещество, которое подозревается, что оно кардиотоксично, и сразу увидеть в этой сфере, оно показывает себя как вредное вещество, или нет.
А. Соломин
―
Скажите, может быть, выходя на более общий уровень, для выращиваемых тканей клетки же берутся оригинальные? Это же не искусственно созданные клетки? Откуда они берутся? Сердце?
К. Агладзе
―
Да, конечно, из сердца. В большинстве наших экспериментов мы просто берём клетки сердца новорожденных крысят.
А. Соломин
―
А если говорить о перепрограммировании клеток, открытие японцев, открытие Синъя Яманака, насколько я знаю, позволяет использовать и другие клетки. И вести работать с ними. На каком уровне находится наука сейчас, какие прорывы совершены? Что можно делать?
К. Агладзе
―
Я вам скажу такую вещь, что как раз в 2013 году я завершил свою работу в Киото, и мы как раз под мой отъезд опубликовали статью с моим японским аспирантом, это была его основная работа. Мы получили с индуцированно плюрипотентных клеток (то есть тех самых перепрограммированных как бы в стволовые) человека, получили достаточное количество сердечных клеток, то есть их дифференцировали в сердечные, и потом получили образцы человеческой сердечной ткани. Большое количество таких образцов. И они проверяли, как работают разного рода антиаритмики.
А. Соломин
―
Эти перепрограммированные клетки откуда? Это же уже не сердце?
К. Агладзе
―
Исходно это были фибробласты кожи человека. Его имя зашифровано в той линии. А потом, когда они были переведены в индуцированное плюрипотентное состояние, они просто размножаются, их можно размножать до той массы, которую вы хотите, брать их и затем получать из них любые клетки. То есть мы, например, получали из этой линии сердечные клетки, а наши коллеги неподалёку делали печёночную и почечную ткани.
Е. Быковский
―
Постойте. Правильно ли я понимаю, что если вы овладели этой операцией (10 лет назад мне это показалось бы сумасшествием) переводить фибробласты в плюрипотентное состояние, то можно любые клетки человека превратить в любые другие клетки человека?
К. Агладзе
―
Грубо говоря – да.
Е. Быковский
―
Это поразительно.
К. Агладзе
―
А вы не знали?
Е. Быковский
―
А зачем же вы тогда используете клетки крысят? Или это технологически сложно всё-таки пока с человеческими клетками проделывать такие штуки.
К. Агладзе
―
С человеческими клетками вот эти протоколы, понимаете, всё-таки довольно сложные. И в России их, как выясняется, не особо люди тянут. Квалификация наших научных сотрудников по большому счёту ниже, чем, например, в Японии.
А. Соломин
―
А в Японии этим занимаются, и успешные…
К. Агладзе
―
В Японии очень активно занимаются, в Соединённых Штатах очень активно занимаются. В Соединённых Штатах было несколько прорывных исследований, которые давали возможность, например, прямого перепрограммирования, скажем, фибробластов в сердечные клетки, минуя стадию плюрипотентных.
Е. Быковский
―
Ну что ж, Константин, большое спасибо за интересную беседу. Я надеюсь, что было интересно не только нам с Алексеем, но и всем слушателям. А сейчас, видимо, пора заканчивать. И спасибо, что согласились с нами поговорить ещё раз.
К. Агладзе
―
Спасибо за проявленный интерес.
А. Соломин
―
Спасибо большое. Константин Агладзе, биофизик, кандидат физических наук, профессор МФТИ, создатель и руководитель научной лаборатории «Биофизика возбудимых систем», мы говорили о биофизике сердца, о выращивании сердечных тканей, о том, как работает…
Е. Быковский
―
И даже о том, что, возможно, не будем мы всё-таки сердце выращивать целиком, а попробуем создать некий аппарат, который будет работать на этом месте.
А. Соломин
―
Потому что у сердца очень простая функция – это только насос, несмотря на все наши представления о сердце.
Е. Быковский
―
Как средоточии чувств.
А. Соломин
―
Это «Наука в фокусе». Мы продолжим после новостей. Егор Быковский. Алексей Соломин сегодня вместо Наргиз Асадовой.НОВОСТИ
А. Соломин
―
Алексей Соломин, Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света», в студии «Эхо Москвы». Добрый вечер ещё раз.
Е. Быковский
―
Добрый вечер ещё раз. Наргиз сегодня с нами не в студии. Но она сейчас незримо присоединится к нашей компании, потому что, будучи за океаном, взяла интервью у двух очень интересных человек. Сейчас мы его послушаем.
Н. Асадова
―
На этой неделе в городе Питтсбург, штат Пенсильвания, в США проходил самый большой научно-технический международный конкурс среди школьников старших классов Intel ISEF. В этом году в финал этого конкурса вышли около 1800 молодых учёных и изобретателей из 75 стран и регионов.В первый раз этот конкурс проводили 66 лет назад в 1950 году. Его организатором была и сейчас является некоммерческая организация «Общество за развитие науки». С 1997 года генеральным спонсором этого мероприятия стала компания Intel. Итак, какие задачи ставит перед собой Intel ISEF? Наверное, главная задача – это разбудить интерес к естественным наукам и техническому изобретательству среди детей во всём мире. Показать и этим детям, которые делают свои первые шаги в серьёзной науке, и всем остальным, что это важно, нужно и престижно.
С этой целью каждый год в более чем 75 странах мира Intel проводит более 400 конкурсов, отбирая самых талантливых молодых учёных и изобретателей. За год через эти годы конкурсы проходит более 7 млн человек. И только 1700, а в этом году 1800 из них попадают в финал. Уровень этих 16-18-летних учёных поражает воображение: в этом году первый приз имени Гордона Мур и 75 тысяч долларов получил 17-летний студент из Канады Раймонд Вэнг. Он сконструировал систему забора и очистки воздуха на борту самолёта, который улучшает состав возбуха на борту на 190% и в 55 раз снижает возможность передачи инфекционных и вирусных заболеваний между пассажирами.
16-летний Николь Течеа, тоже из Канады, создала компактный и дешёвый в производстве аппарат, которым можно просто диагностировать ВИЧ-инфекцию у пациентов, что весьма актуально в бедных странах третьего мира. Николь получила второй приз и 55 тысяч долларов.
Третий приз, тоже в 55 тысяч долларов, получил 18-летний Карен Джерад из Техаса за своё изобретение, которое позволяет нивелировать последствия утечки нефти под водой.
Когда спрашивают «и что потом делают эти дети, победившие в конкурсе ISEF?», можно лишь вспомнить, что 7 финалистов ISEF в разные годы стали лауреатами Нобелевской премии, многие стали успешными учёными и бизнесменами.
В этом году российская команда состояла из 27 человек, представивших 20 проектов. Российская команда выступила достаточно успешно. Наши проекты по математике, физике и химии заняли 2-4 места Intel ISEF 2015. Но, как верно заметила исполнительный директор Intel Foundation, которая руководила организацией этого конкурса последние 20 лет, Вэнди Хокинс, денежные призы и награды – это несущественная часть достижений финалистов. Их главное достижение заключается в том, что благодаря своей верности и страсти, с которой они занимаются наукой, благодаря их долгой и последовательной работе они уже стали частью международного научного сообщества – сообщества, которое движет человечество вперёд.
Давайте послушаем интервью с двумя финалистами конкурса Intel ISEF 2015, которые я привезла из Питтсбурга.
Итак, я рада представить вам наших гостей ¬– Андрей Колесникова и Дарью Максимову из лицея 22 «Надежда Сибири», город Новосибирск. Привет.
А. Колесников
―
Здравствуйте.
Д. Максимова
―
Здравствуйте.
Н. Асадова
―
У вас очень интересная работа. Она связана с новыми методами диагностирования и лечения раковых заболеваний. Можете рассказать поподробнее, в чём суть работы и в чём её новаторство?
А. Колесников
―
Суть нашей работы заключается во многом в том, что мы используем уже давно открытые препараты на самом деле, но мы придумали именно такой способ доставки этого препарата, который действует именно только на раковые клетки, то есть мы можем направлять очень эффективные средства только в раковые клетки. И, более того, даже визуализировать препарат в этих нужных нам местах человеческого организма.
Н. Асадова
―
Даш, скажи, а что это за известные препараты, которые вы использовали?
Д. Максимова
―
Например, трифтортимидин был открыт ещё в 1950-х годах. Однако из-за того, что это вещество достаточно вредное, оно очень скоро перестало использоваться в терапии опухолевых заболеваний, но поскольку сейчас существует такая тенденция модифицировать уже давно открытые препараты, мы решили взять именно его, поскольку это вещество мы можем использовать для диагностики и наблюдать уменьшение опухоли, где находятся метастазы. Мы фактически придумали средство доставки этого вещества селективно в опухолевые клетки. И поэтому мы сможем конкретно наблюдать, с какой скоростью уменьшается опухоль, есть ли метастазы, лечится ли опухоль, подходит ли данный тип лечения или нет.
Н. Асадова
―
А какой вы изобрели метод доставки, о котором вы сейчас говорите? В чём его суть?
Д. Максимова
―
Мы взяли полимер, который благодаря тому, что обладает частичным положительным зарядом, может связываться с отрицательно заряженной мембраной клетки и проникать внутрь. Также мы снабдили его адресной молекулой – витамином. Это позволит нам доставлять препарат селективно в опухолевые клетки, потому что количество рецепторов на опухолевых клетках значительно больше, чем на обычных. То есть опухолевые клетки очень часто делятся. Им нужно кушать. Чтобы еды было много, нужно больше рецепторов, которые позволят из тока крови выхватывать эти вещества. Рецепторов больше в сто или тысячу раз.Селективность основана на том, что, например, погибнут сто раковых клеток и одна здоровая. Это куда как менее болезненно для организма в целом, чем многие современные методы химиотерапии.
Н.Асадова
―
Ты говоришь, что изначально препарат, открытый 50 лет назад, считался вредным для организма, отравляющим. Он до сих пор таковым является, или вы его как-то модифицировали?
А. Колесников
―
На самом деле этот препарат является структурным аналогом наших нуклеотидов, то есть тех кирпичиков, из которых строится ДНК. То есть, грубо говоря, если мы введём это в организм, то он встроится в любую нашу клетку и клетка погибнет. Потому что есть процессы репарации. То есть у нас этот нуклеотид будет использоваться для строительства ДНК, но в процессе репарации эти ферменты просто вырежут этот кусок, и просто будут такие куски ДНК. Не будут ни размножаться, ни синтезировать нормальный белок. И поэтому нужно доставить этот нуклеотид, чтобы его поглотила именно раковая клетка, и для строительства ДНК раковых клеток.Более того, сам препарат нельзя так чисто ввести в кровяное русло. А во многом благодаря одному ферменту (тимидилат фосфорилазе), который просто разрушает его и выводит из организма. И продукты этого распада очень губительны для почек. То есть есть, конечно, шанс, что мы заденем опухолевую клетку, опухолевую ткань, но пострадает, во-первых, весь организм. То есть надо вводить большие дозы этого препарата. Это большая токсичность на почки, на печень. Эффективность её не такая большая будет, а вреда будет больше.
Н. Асадова
―
А ваше лекарство действует более адресно?
А. Колесников
―
Да, то есть мы использовали благодаря этому полимерному носителю, мы спрятали этот препарат от этого разрушающего фермента и как раз направили именно в раковые клетки.
Н. Асадова
―
Я так понимаю, что есть аналоги. То есть есть учёные, которые тоже работают над такого рода лекарствами. И чем ваше изобретение отличается от других известных вам на данный момент?
А. Колесников
―
Наше изобретение отличается тем, что мы мало того использовали такой набор реагентов, которого в принципе никто раньше не догадывался соединять вместе. Более того, мы несколько упростили и удешевили синтез этого препарата. То есть это не только эффективное средство, но ещё и довольно дешёвое в производстве.
Д. Максимова
―
Есть достаточно похожие препараты. На данном этапе разработки мы не знаем, насколько он более эффективен по сравнению с остальными. И это следующий этап нашей работы. Мы как раз попытаемся выяснить эффективность нашего препарата в сравнении с остальными. И мы будем сравнивать как с общепринятыми препаратами, которые используются уже давно, так и с современными препаратами, которые были разработаны, например, в пределах полугода, чтобы осознать, на каком уровне находятся наши препараты по сравнению с новейшими последними разработками.Их очень много, поскольку учёные всего мира стараются бороться с этой проблемой. И часть из них старается бороться путём селективной доставки генов в опухолевые клетки. Другая часть, так же как мы, пытается убить опухоль тоже селективно.
Есть препараты, которые активируются, например, вместе только с лучевой терапией. То есть методов путей решения этой проблемы очень много. И все они один чем-то лучше другого, другой чем-то хуже.
Н. Асадова
―
А вы, я так понимаю, ещё не проводили эксперименты на живых существах. То есть даже на мышах не проводили. Это тоже является следующим этапом вашей работы. И как вы будете проводить эти исследования?
А. Колесников
―
Именно так. На данном этапе мы синтезировали то, что мы хотели получить. Мы поставили некие цели, мы их достигли, синтезировали, получили наш препарат. Но для того чтобы посмотреть, насколько он эффективен, насколько он поглощается раковыми клетками, насколько эффективна вообще селекция и концентрация поглощённого препарата, мы присоединили флуоресцентную метку к нашему конъюгату, чтобы методом флуоресцентной микроскопии как раз так и пронаблюдать проникновение in vitro на культуре раковых клеток. Это будет наш следующий шанс на ближайший год. И если всё пройдёт успешно, то мы начнём эксперименты как раз таки на мышах с привитыми опухолями.
Н. Асадова
―
Но вы там уже не будете использовать флуоресцентные метки?
А. Колесников
―
Да, на мышах мы уже не будем использовать эти метки, потому что флуоресцеин довольно ядовитый. И его не используют для экспериментов in vivo.
Н. Асадова
―
А как же тогда вы будете видеть, как распространяется эта опухоль? Как это будет идентифицироваться?
А. Колесников
―
Как раз таки это следующий шаг. Способность к визуализации, как мы уже всем сообщали в нашем конкурсе, благодаря наличию CF3-группы в нашем препарате мы сможем визуализировать наш препарат методом МРТ и ядерного магнитного резонанса. То есть это следующий шаг к доказательству того, что именно всё так и есть. То есть всё работает.
Н. Асадова
―
Знаете, мы сейчас с вами говорим как с абсолютно состоявшимися учёными. Я думаю, что по ходу пьесы мало кто из наших слушателей осознаёт, что вам всего 17-18 лет. Вы начали свою работу, когда вам было 16-17. То есть вы уже, можно сказать, состоявшиеся учёные. Но мне всегда интересно понять, как дети приходят к этому. Кто вас надоумил? Или вы сами почему-то решили попробовать провести такого рода эксперимент?
Д. Максимова
―
Во-первых, мои родители очень хотели, чтобы я стала учёным. Поэтому когда я пришла в 22-й лицей, а у нас школа предоставляет возможности сотрудничать с Новосибирским государственным университетом, то есть у нас своеобразное научное общество. Соответственно, мы в Новосибирском государственном университете нашли нашего научного руководителя, или она нас. И она предложила следующую идею, что на самом деле есть такое вещество, как трифтортимидин, давно не используется, но нужно попробовать как-либо модифицировать. Сделать это можно несколькими путями. И работа наша состояла в том, что была некая общая идея, мы прорабатывали литературу. И совместно с научным руководителем обсуждали методы и пути решения возникших проблем по ходу синтеза, по ходу разработки самой конструкции.Например, какой лучше полимер выбрать, почему? Какую лучше адресную молекулу выбрать? Опять же, почему? Потом там ещё возникали ряд мелких проблем в ходе самого конкретно синтеза, и тоже мы пытались их решать при помощи научного руководителя, обсуждать проблему, изучая литературу соответствующую. Это было очень интересно, очень познавательно. И на самом деле огромный шаг в будущей работе, потому что мы не только учились работать руками в лаборатории, но также мы учились работать с информацией. Это очень важно, я считаю.
А. Колесников
―
Мало того, что мы уже в таком юном возрасте приобщились к такой большой науке. Это такая возможность подготовить себя к университету, к работе в лаборатории. То есть наша научный руководитель прививала нам некую культуру эксперимента, культуру оформления тезисов, научной работы, культуру выступлений, конечно же. То есть мы с ней обсуждали все эти нюансы, что можно говорить, что нельзя говорить, на что надо делать акценты. И это всё очень на самом деле помогает нам обобщить все наши знания и стать уже к нашему поступлению состоявшимися личностями, которые готовы к большой науке, к новым открытиям и уже быть не потерянными людьми, то есть мы пришли в науку и что делать, что делать: а как написать статьи, как писать диплом даже. То есть мы уже подготовленные ко всему. И нам всё будет легко.
Н. Асадова
―
Ещё вопрос: а как вы друг друга нашли? Вас друг другу представили, сказали: вот, давайте вы поработаете вдвоём. Или вы как-то друг друга сами нашли, потому что у вас интересы были схожими?
А. Колесников
―
На самом деле нас связал новосибирский турнир юных химиков. Мы были в одной команде. А после этого у нас завязалась дружба, и мы уже вместе… и отправили в научную работу.
Н. Асадова
―
А что дальше? О чём вы мечтаете как молодые учёные? Как вы дальше собираетесь строить свою карьеру научную?
А. Колесников
―
Мы вместе с Дашей планируем поступить в наш Новосибирский государственный университет на Факультет естественных наук на химическое отделение, закончить его, поступить в аспирантуру, магистратуру, закончить где-нибудь за рубежом, может быть, и в России.
Д. Максимова
―
Пока ещё не знаем, потому что слишком далеко идущие планы.
Н. Асадова
―
Есть ли у вас идеи для ваших научных исследований, которыми бы вы хотели заняться в университете, куда Даша, например, буквально со следующего сентября пойдёт?
Д. Максимова
―
На самом деле я пока не знаю. Бытует мнение, что первый курс на самом деле очень сложный, очень тяжелый как раз, потому что необходимо перестроиться на новый режим работы. Потому что всё настолько непривычно, не как в школе, что многие как раз теряются, это время адаптации. А со второго курса я всё-таки думаю, что продолжу в сфере молекулярной биологии и биохимии заниматься научной работой. Возможно, это будет что-то другое, может быть, несколько в другой области, не посвящённой лечению опухолевых заболеваний, поскольку проблем в мире очень много. Я считаю, что очень много других ещё интересных и неизведанных болезней, каких-то сфер.В принципе очень хотелось бы себя попробовать в разработке лекарственных препаратов, потому что я считаю, что это всё-таки как-то ближе моё. И немножко связанная с людьми и химией.
Н. Асадова
―
Что значит для вас этот конкурс, конкурс ISEF, на который вы попали? Что вы для себя вынесете из этого конкурса?
А. Колесников
―
Для меня ISEF – это большая возможность поговорить с ребятами из разных стран, узнать какое-то мнение по поводу нынешних событий, мнение по разному поводу, узнать что-то новое от них. И работ на самом деле много очень интересных было представлено как в нашей секции, так и расширить свой кругозор не только в области биохимии, химии в целом, но и компьютерные науки, физика, информатика и всё такое прочее. И, конечно же, как-то представить свою работу и что-то сказать нового нашему миру от нас.
Д. Максимова
―
В первую очередь это, конечно, познакомиться с ребятами из других стран, осознать, чем живут они, на каком уровне находится у них наука, их проекты, как они это делают, как они к этому приходят. Возможно, подчеркнуть какие-то новые идеи, которые в дальнейшем позволят тебе самому работать над чем-то. Безусловно, это очень огромный шаг в осознании себя, что ты всё-таки достиг чего-то такого, что вышло на международный уровень, можешь себя показать, как тебя оценивает не только твоё российское жюри, но и иностранные представители науки. Это очень интересно, очень интересно с ними общаться, очень интересно спрашивать их о чём-то, когда они отвечают на твои вопросы, когда они задают вопросы тебе и рассказывают что-то о своей работе, их работе в научных институтах, как они занимаются, для чего они используют те или иные вещества. Как в нашей работе представляли вещества, они рассказывают, как они их используют тоже у себя в научных институтах. То есть это познавательно.
Н. Асадова
―
Спасибо большое. Я желаю вам удачи. И чтобы вы состоялись как большие учёные, чтобы мы прочитали о ваших работах в международных научных больших журналах, в общем, всяческих вам успехов.
А. Колесников
―
Спасибо, до свидания.
Д. Максимова
―
Спасибо.
А. Соломин
―
Наргиз Асадова. Это было интервью с Дашей Максимовой и Андреем Колесниковым, учениками 22-й гимназии города Новосибирска. Они стали финалистами международного научно-технического конкурса Intel ISEF.
Е. Быковский
―
Поразительное интервью. Я теперь меньше беспокоюсь за будущее российской науки.
А. Соломин
―
Это Егор Быковский. Меня зовут Алексей Соломин. Это программа «Наука в фокусе». И мы переходим к рубрике, которая называется…
Е. Быковский
―
Да, любимой рубрике «Вопросы и ответы».
А. Соломин
―
Вопросы задавали слушатели. И присылают. Кстати, можете присылать +79859704545. Выбрали несколько вопросов, которые успеем ответить. Андрей Загорский из Москвы спрашивает: «Зачем человеку нужен аппендикс?».
Е. Быковский
―
Спасибо, Андрей, за хороший вопрос. На придаток слепой кишки, то есть аппендикс, долгое время было принято смотреть как на вещь совершенно бесполезную. Это такая маленькая узкая трубочка длиной примерно в полкарандаша обычного. Она отходит вниз от слепой кишки прямо перед входом в прямой кишечник. Чарльз Дарвин в своё время полагал, что наши предки когда-то больше ели грубой растительной пищи. Впрочем, не надо быть Дарвином, чтобы это понимать. И им нужна была слепая кишка большего объёма, чем сейчас, для нормального переваривания. Тогда в те времена аппендикс был полезным отделом кишечника. Но за сотни тысяч лет редкого использования он регрессировал до совсем малого объёма. У коалы, например, которая питается неудобоваримыми листьями эвкалипта, они такие жёсткие, слепая кишка достигает аж 2 метров длины. Фактически это у них есть такой гигантский аппендикс.Что касается того, полезен он или нет, то, конечно, аппендикс можно отрезать, и со многими это и происходит. И это не нанесёт заметного ущерба здоровью человека. Но вообще это довольно бессмысленное замечание само по себе, потому что можно то же самое о пальце или о внешней части уха. То, что мы можем обойтись без чего-то, не означает, что это что-то – совершенно бессмысленная вещь.
Недавние исследования в прошлом году, по-моему, я в начале года читал, в которых сравнивались кишечники 360 видов млекопитающих, показали, что у 50 практически не связанных между собой видов аппендикс присутствовал. А это означает, что он появился в ходе эволюции как минимум 32 раза. То есть он явно для чего-то нужен. И многие над этим задумываются – для чего. Сейчас некоторые учёные полагают, что полезные кишечные бактерии используют аппендикс как такое убежище в случае необходимости, если в кишечнике серьёзные проблемы. Они там прячутся. Вот и всё. Узкий вход в аппендикс, который расположен не на главной дороге, а так, немного сбоку. Сбоку означает, что кишечным инфекциям будет нелегко в него проникнуть. То есть после того как мы с помощью всяких лекарств или чего-то ещё прогнали плохих парней из кишечника, хорошие парни могут покинуть убежище и снова колонизировать ваш кишечник. А без хороших бактерий мы не обойдёмся. У нас об этом было аж две передачи. Вот такой ответ, Андрей.
А. Соломин
―
Ещё один вопрос успеем. Илья из Тулы: сколько имён способен запомнить человек? Вот так из кишечника в другую сферу.
Е. Быковский
―
Точного ответа, Илья, на этот вопрос не существует, потому что все люди разные. Одни большие, другие маленькие, третьи поумнее, четвёртые – нет. Но если вы спросите об этом мнемониста, это человек, который владеет специальными техниками для запоминания, впрочем, вы можете сами таким человеком стать, это не так сложно, окажется, что он легко может запомнить десятки и даже сотни тысяч имён. Так они запоминают набор из тысячи случайных цифр или все книжки наизусть выучивают. А есть такие люди, правда, очень редко, с гипертиместическим синдромом, они вообще запоминают всё, что с ними случилось, в том числе и все имена всех встречных людей. Впрочем, помнить всё – это не то чтобы очень приятно. Но большинство людей не способны поддерживать какие-то связи с более чем 150 знакомыми. Это не случайное число, оно называется число Данбара. Оно колеблется от сотни до двух с половиной сотен примерно. И названо по имени известного антрополога Робина Данбара. Он ещё давно вычислил, по размеру неокортекса примерно прикинул, на кончике пера, что называется, что чисто теоретически вычислил оптимальный размер человеческой стаи, а позже это подтвердилось статистикой. Любая группа, члены которой должны знать друг друга (войсковая часть, бизнес-подразделение) обычно не превышает где-то 150 человек, максимум – 200.И социальные медиа тут ничего не изменили: даже люди с десятками тысяч друзей в фейсбуками во всяких обычно помнят не больше 150-200 человек. Вот их имена мы точно помним, а остальных уже как-то…
А. Соломин
―
Но всё равно мне кажется, что люди, которые прошли с тобой большую часть жизни, они остаются. Надо копаться, но всё равно вытянешь. У меня, например, есть проблема: я при знакомстве с людьми, как правило, практически всегда забываю имя человека.
Е. Быковский
―
Меня зовут Егор.
А. Соломин
―
Нет. Стоит мне потом обратить снова внимание на имя человека, всё, имя уже устаканивается в голове. Но при личном знакомстве, когда жмёшь руку, видимо, как-то обращаешь внимание на самого человека. И то, что он сказал…
Е. Быковский
―
А это потому что, Лёша, у тебя профессия такая. Тебе приходится знакомиться с массой людей, и остальные тут же вытесняются на периферию сознания. Мозг работает и думает: наверное, этот человек мне не понадобится скорее всего. Двести ячеек в мозгу уже заполнено.
А. Соломин
―
Спасибо большое. Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Я Алексей Соломин. Сегодня вместо Наргиз Асадовой. В следующий раз она будет. Спасибо большое. Счастливо. Всем спасибо.
Е. Быковский
―
Всем удачного воскресного вечера.
А. Соломин
―
«Наука в фокусе».