Органы из пробирки и реабилитация после инсульта: 6 женщин, которые определяют будущее медицины
За этими разработками — будущее российской и мировой медицины. Рассказываем, можно ли вырастить барабанные перепонки в лаборатории и как научить человека вновь управлять телом после инсульта.
Екатерина Скорб: инфохимия, создание искусственных клеток
Директор и ведущий профессор научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО
Екатерина получила образование в Белорусском государственном университете. В 2001 году ее пригласили присоединиться к научной лаборатории профессора Свиридова, которая вела совместный проект по созданию умных материалов с Институтом Макса Планка в Потсдаме. Екатерина отправилась в Германию, где осталась на десять лет. За это время она успела стать лауреатом престижной стипендиальной программы DAAD, получить исследовательскую стипендию Гумбольдта и занять позицию руководителя научной группы.
После одной из конференций в Бостоне Скорб пригласили поработать в Гарвард. Екатерина согласилась и провела в одном из топовых мировых университетов почти два года, работая над амбициозным проектом «Химия зарождения жизни на Земле» бок о бок с самым цитируемым химиком современности профессором Уайтсайдсом. Ученые занимались системами искусственных ионных каналов, разбирались, как происходят молекулярные взаимодействия, пытались взглянуть по-новому на кодирование информации на молекулярном уровне и выяснить, есть ли альтернативные способы записи информации в ДНК.
После двух лет в Гарварде Скорб решила продолжить карьеру в России. Ее внимание привлек Университет ИТМО, в котором как раз открывалось новое направление, связанное с науками о жизни. Екатерина предложила институту идею инфохимии (новая фундаментальная область, которая изучает хранение, передачу и обработку информации на молекулярном уровне, роботизацию и цифровизацию в химии и химических технологиях), и ее поддержали: так в Санкт-Петербурге появился Научно-образовательный центр (НОЦ) инфохимии, а Скорб и ее коллеги стали первыми в России учеными, которые начали работать в этой области.
НОЦ инфохимии сотрудничает с ведущими мировыми учеными. Его научным консультантом выступает французский химик и основоположник супрамолекулярной химии (область на стыке химии, физики и биологии, изучающая более сложные, чем молекулы, системы, образованные посредством межмолекулярных связей), нобелевский лауреат Жан-Мари Лен. У центра совместная лаборатория с Национальным университетом Сингапура, которая занимается применением искусственного интеллекта для создания функциональных материалов.
Под руководством Екатерины ученые работают над рядом амбициозных проектов — создают искусственные клетки, материалы типа умной искусственной кожи и имплантаты нового поколения. А во время пандемии Скорб удалось запустить большой проект с Федеральным научным центром исследований и разработки иммунобиологических препаратов им. М.П. Чумакова РАН по созданию сенсорных систем анализа вирусов и антител.
Анастасия Шпичка: тканевая инженерия, лечение остеоартрита
Кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Научного центра международного уровня «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение» и доцент Института регенеративной медицины Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова
Шпичка окончила фармацевтический факультет Пензенского государственного университета. На третьем курсе она получила стипендию Президента РФ для обучения за рубежом и поехала на год в Германию, в одну из передовых лабораторий в Ганноверском лазерном центре, где впервые познакомилась с регенеративной медициной и тканевой инженерией. Этому направлению она решила посвятить свою научную карьеру.
В 2016 году в Сеченовке открылся Институт регенеративной медицины, и Шпичку пригласили присоединиться к команде. Она ведет сразу несколько проектов, связанных с тканевой инженерией, — занимается созданием органов и тканей «с нуля» при помощи различных биоматериалов и клеток.
Команда университета впервые в России успешно провела уретропластику с использованием уретры, выращенной в лаборатории. Также ученым удалось сформировать эквиваленты голосовых складок для лечения дисфонии и разработать новый способ восстановления барабанной перепонки. Сейчас обе разработки проходят доклинические испытания. Кроме того, в рамках программы мегагрантов команда разрабатывает новый способ лечения остеоартрита на основе модифицированных внеклеточных структур, которые способны регулировать локально процессы воспаления.
Управлять геномом: как биоинформатика помогает лечить тяжелые болезни и даже коронавирус
Мария Назарова: восстановление двигательной активности
Невролог, кандидат медицинских наук, научный сотрудник Института когнитивных нейронаук и Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ и ведущий научный сотрудник ФГБУ «Федеральный центр мозга и нейротехнологий» Федерального медико-биологического агентства
Мария окончила факультет фундаментальной медицины МГУ. За время учебы она пробовала себя в различных направлениях и к окончанию ординатуры поняла, что хочет заниматься нейрореабилитацией и неинвазивной стимуляцией мозга.
Чтобы овладеть методом транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС; неинвазивная стимуляция головного мозга короткими электромагнитными импульсами), совмещенной с электроэнцефалографией, Назарова отправилась в центральный госпиталь Хельсинки, в лабораторию BioMag. После учебы в Финляндии она выиграла стипендию Фулбрайта, которая дала ей возможность поехать в Гарвардскую медицинскую школу, в лабораторию Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation (CNBS).
Сегодня Назарова работает не только в университете, но и в клинике, где занимается изучением двигательной активности от импульсов в мозгу до сокращения мышц. Она убеждена, что для формирования правильной реабилитационной программы необходимо научиться предсказывать, каковы шансы каждого пациента на восстановление и в чем заключаются индивидуальные особенности реорганизации мозга после поражения у каждого отдельного человека. Назарова исследовала влияние инсульта на кортикоспинальный тракт («провод», который соединяет моторную кору и спинной мозг и ассоциирован с осознанными движениями) и выяснила, что при помощи ТМС и правильно подобранного континуума из нескольких структурных показателей возможно спрогнозировать восстановление пациентов. Чтобы понять, насколько сохранились связи головного мозга и, например, руки, нужно прикрепить на нее электроды и при стимуляции моторной коры посмотреть, как сокращаются конкретные мышцы. Чтобы прогнозировать и модулировать двигательное восстановление с помощью ТМС, нужно выяснить «ценность» разных мышц и понять взаимоотношения между ними. Для этого Назарова изучает, что происходит в коре мозга, когда человек совершает различные движения.
Эти данные важны для того, чтобы при реабилитации применять более специфичные протоколы стимуляции мозга, а не только базовые. Основным из базовых, например, является протокол торможения непораженного полушария мозга, поскольку считается, что оно давит на пораженную часть. Мария Назарова и ее коллеги предполагают, что непораженное инсультом полушарие в некоторых случаях, наоборот, может быть источником положительных изменений. В скором времени команда начнет проводить исследования на здоровых добровольцах.
«Никто не воспринимал меня всерьез»: почему женщины чаще получают некачественную медицинскую помощь
Нина Тимофеева: искусственная человеческая кожа
Ведущий инженер в учебно-научно-технологической лаборатории «Технологии полимерных нанокомпозитов» Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова
Нина Тимофеева окончила с отличием Национальный исследовательский Томский политехнический университет по специальности «инноватика». Там она получила знания о том, как коммерциализировать и выводить на рынок инновационные продукты. А чтобы научиться их создавать, поступила в аспирантуру СВФУ на направление «химическая технология», где и осталась работать.
В СВФУ Тимофеева занимается разработкой биокомпозитных материалов, в основе которых лежит полилактид — биоразлагаемый, биосовместимый, термопластичный полимер молочной кислоты. Он похож на пластик, но разлагается в организме за 6–18 месяцев, что делает его перспективным материалом для применения в медицине.
На основе полилактида Нина Тимофеева вместе с коллегами создает матрицы для дермальных эквивалентов — заменителей кожи. Такая «искусственная кожа» используется для заживления ран. Полилактид при ее создании играет роль «подложки» для фибробластов, главных клеточных компонентов основного слоя кожи. Полимер не вызывает аллергических реакций и обеспечивает заживление тканей без рубцов и шрамов. Тимофеева уверена, что по своим показателям полилактид выигрывает у популярных коллагеновых аналогов, которые нередко вызывают отторжение и травмируют пораженные участки.
Подложки из полилактида ученые в СВФУ создают посредством экструзии (продавливания вязкого расплава материала через формующее отверстие) и 3D-печати. На данный момент им уже удалось получить достаточно гибкие пленки толщиной от 100 до 200 мкм и провести их исследования. Теперь команда планирует получить патент на свою технологию и начать активно участвовать в грантах и акселерационных программах, чтобы привлечь в проект больше средств.
Можно ли вернуть мамонтов: палеонтолог из Якутии — о том, зачем клонировать древних животных
Настасья Кошелева: новые методы лечения остеоартроза
Биолог, ведущий научный сотрудник Лаборатории клинических смарт-нанотехнологий Института регенеративной медицины Научно-технологического парка биомедицины и центра «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение» Сеченовского университета
Настасья Кошелева 18 лет назад окончила биологический факультет МГУ и защитила кандидатскую диссертацию по эмбриологии. С тех пор она занимается проблемами регенерации и дифференцировки на клеточных сфероидах — то есть, используя простые модели живой ткани (они напоминают «комочки» из живых клеток), изучает, как они восстанавливаются после повреждения и как разные клетки «понимают», к какой ткани они относятся и какие функции должны выполнять.
Биолог работает в Научно-технологическом парке биомедицины Сеченовского университета, где вместе с врачами, математиками, химиками и физиками ведет проекты, связанные с разработкой и внедрением новых технологий регенеративной медицины. Кошелева входит в междисциплинарную группу ученых, которая работает в новой лаборатории под руководством ведущего специалиста по созданию умных нанолекарств профессора Син-Цзе Ляня. Проект, над которым они трудятся, стал победителем конкурса мегагрантов Минобрнауки, и на его реализацию должны выделить около 90 млн рублей.
Вместе с коллегами Кошелева занимается разработкой смарт-технологии для лечения остеоартроза — самого распространенного хронического заболевания суставов. Цель ученых — создать персонифицированный способ лечения с использованием таргетных лекарств. Таргетные лекарства — это новый класс умных препаратов, которые доставляют медикамент точно «по адресу». Разрабатываемые Настасьей таргетные лекарства состоят из модифицированных магнитными наночастицами матрикс-связанных везикул (МСВ) — микроскопических мембранных «пузырьков» размером около 100 нм, которые секретируются клетками вместе с внеклеточными структурами и регулируют их состав и функции. Внеклеточные везикулы являются естественным механизмом транспортировки регуляторных сигналов и регуляторами воспаления в организме. В случае с остеоартрозом МСВ могут быстро и активно подавить воспаление, а добавление магнитных наночастиц позволит управлять их перемещением строго по адресу с помощью магнитного поля. Такой метод может существенно сократить сроки реабилитации пациентов без необходимости длительной госпитализации.
На данный момент комбинация МСВ и магнитных наночастиц для регенерации и регуляции воспаления используется только в научной группе профессора Син-Цзе Ляня. Кошелева надеется, что разработанные в лаборатории смарт-нанотехнологии для лечения остеоартроза совсем скоро будут внедрены в клиническую практику.
«Рак — это во многих случаях уже не приговор»: израильский онколог Полина Степенски — о своей работе
Оксана Рыбальченко: новые способы заживления тканей
Микробиолог, профессор кафедры физиологии медицинского факультета СПбГУ, руководитель курса «Микробиология, вирусология, иммунология»
Оксана Рыбальченко окончила кафедру микробиологии биолого-почвенного факультета Ленинградского государственного университета. После окончания университета ее направили на работу в микробиологическую лабораторию во ВНИИ особо чистых биопрепаратов.
Одно из основных направлений научной работы Рыбальченко — исследование микробиоты. Микробиота — это микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы и вирусы), обитающие в различных частях организма человека и животных, на слизистых оболочках кишечника и урогенитального тракта, на кожных покровах. Микробиолог отмечает, что в настоящее время во всем мире особый интерес вызывают специфические формы микробных сообществ — бактериальные биопленки, развитие которых в организме человека связывают с интенсификацией воспалительных процессов и возникновением хронических инфекций.
В своих исследованиях Рыбальченко пытается найти способы освобождения поврежденных тканей от биопленок, образованных патогенными бактериями. На данный момент ей удалось выявить как минимум два таких способа. Эксперименты показали, что вызвать гибель бактерий в бактериальных биопленках на поврежденных участках кожи и ускорить процесс заживления кожных ран можно при воздействии холодной плазмы атмосферного давления или за счет определенных цитокинов (белков, работающих в качестве клеточных мессенджеров и направляющих иммунный ответ организма).
Кроме того, уже на протяжении длительного времени под руководством Оксаны Рыбальченко проводятся эксперименты на Международной космической станции. Под наблюдением микробиологов исследуется формирование бактериальных биопленок в условиях микрогравитации. Благодаря специально разработанной для космических условий аппаратуре удается анализировать особенности жизнедеятельности различных видов пробиотических бактерий в состоянии невесомости. Полученные в ходе экспериментов на МКС данные позволят специалистам в будущем учитывать влияние пробиотических бактерий на организм космонавтов.
Как эмиратские женщины запускают спутники и готовятся лететь в космос