Биофизика сердца
Профессор Константин Агладзе стал победителем открытого конкурса правительственных мегагрантов первой очереди. В конце 2010 года в родном Московском физико-техническом институте он открыл научную лабораторию «Наноконструирование мембранно-белковых комплексов для контроля физиологии клетки», основное направление исследований которой – тканевая инженерия сердца. Аналогичные исследования Агладзе проводил и в своей лаборатории в Киотском университете. С апреля 2013 года, по окончании контракта с японскими коллегами, Агладзе приехал в МФТИ уже на фултайм. По окончании финансирования по мегагранту поддержку лаборатории взял на себя Физтех.
Как всё начиналось
Лабораторию пришлось создавать с нуля – в то время на Физтехе специалистов по профилю исследований практически не было, ибо направление биотехнологий и «живых систем» в вузе только начало развиваться, так что почти восемь месяцев ушло на утряску организационных и материально-технических вопросов. Как сказал Константин Агладзе, «многое пришлось лбом прошибать».
Научное оборудование закупалось за рубежом. Поскольку исследования выстраивались по сетевому графику, аппаратура докупалась – этим летом были наконец получены два ламинара (чистых бокса) для работы с культурой тканей. Сейчас лаборатория в МФТИ, по словам профессора, оснащена даже лучше, чем та, которой он руководил в Киотском университете.
«Лаборатория, которую мы между собой называем лабораторией биофизики возбудимых систем, создана по американскому образцу. На постоянной ставке, кроме меня, ещё три человека – мой заместитель, инженер и секретарь. Специалисты по культуре тканей и молекулярной биологии приезжают из США и Японии на два-три месяца. Основная часть коллектива – это аспиранты и студенты 4–6-го курсов. Некоторых из них я возил в Киото, чтобы они научились работать с аппаратурой. Эти 14 человек и занимаются всеми исследованиями», – рассказывает Константин Агладзе.
Здесь создаются и отрабатываются модели опасных сердечных
аритмий. Открытые учёными методы позволяют лучше понимать
фундаментальные биофизические механизмы возникновения аритмий и
находить способы борьбы с ними, подбирать эффективные
лекарственные средства.
Как вылечить сердце
«Наш коллектив работает на культуре тканей с управляемой структурой. Само сердце – и анатомически, и в результате микроповреждений либо инфарктов – неоднородно. А значит, для воссоздания на моделях волн возбуждений, бегущих по сердцу, или их сбоя, как при тахиаритмии и фибрилляции, нужна структурированная ткань, клетки которой функционально активны, способны к сокращению. “Мы сплели обычную культуру ткани с полимерными нановолокнами. Их сами изготавливаем и используем как матрицы, на которые сажаем ткань», – поясняет Константин Агладзе. Нановолоконный метод структурирования клеточной ткани профессор разработал, ещё руководя лабораторией в Киотском университете.
В качестве одного из перспективных материалов по предложению московских учёных и сейчас используется , так называемый паучий белок. Он, по словам Агладзе, «очень хорошо подходит для прикрепления сердечных клеток к матрице и образования возбудимой сети, сочетая в себе свойства эластичности и прочности. И вся механика выращенной ткани заплатки (патча) уже определяется не волокнами, а клетками».
На рисунке: Записи волновой активности с культуры ткани.
Создание живых патчей сердечной ткани открывает новые возможности для регенеративной медицины. Однако разговоры о том, что чуть ли не завтра можно будет «штопать сердце», по мнению учёного, преждевременны – до этого должны проводиться длительные клинические испытания на животных. Эксперименты на крысах, на сердца которых пересаживались патчи, коллектив физтеховской лаборатории вёл совместно с врачами Кемеровского кардиологического центра. Они оказались удачными – заплатки на сердцах грызунов приживались. Эксперименты надо бы продолжать учёным-смежникам, но, к примеру, в Кардиоцентре имени Бакулева разработками Агладзе пока не заинтересовались.
К тому же в ходе исследований, проведённых в Киото, выяснилось, что на ткань этих животных предназначенные для людей лекарства не действуют. Поэтому профессор занялся выращиванием клеток человеческой сердечной ткани из . На этой ткани видно, какой из антиаритмиков эффективнее – по тому, как он влияет на вращающиеся вихри, приводящие к фибрилляции. «Именно такие исследования мы сейчас ставим в Физтехе в сотрудничестве с лабораторией Сергея Киселёва из Института общей генетики РАН», – уточнил Константин Агладзе.
В области тканевой инженерии сердца работают несколько научных коллективов из разных стран, но именно «нановолоконная матрица даёт универсальный инструмент, соответствующий структуре сердца, – клетки на ней прочно держатся», уверяет профессор.
В будущее – с оптимизмом Сейчас учёный развивает новую идею, которая может привлечь внимание российских кардиологов, – фибробластов кожи человека в пейсмекерные клетки, обладающие свойствами водителей сердечного ритма. Имплантация состоящих из таких клеток заплаток на повреждённый синусный узел (естественный водитель ритма сердца) позволит восстановить нормальный ритм сердца. В таком случае искусственный водитель ритма сердца – кардиостимулятор – может и не потребоваться.
Или другой случай, описанный Константином Агладзе: «Представьте себе ситуацию, когда человека нужно вылечить от аритмии. Появится возможность взять у него клетки, вырастить из них тестовую полоску и посмотреть, какие лекарства подойдут именно ему, с его конкретным геномом, набором ионных каналов. Ориентированная на пациента медицина станет в ближайшие годы мировым трендом», – таким видится учёному недалёкое будущее. Правда, поначалу лечение окажется весьма дорогим удовольствием.
Перспективы практического применения результатов исследований профессор связывает с появлением в МФТИ единой структуры – Центра живых систем, который объединит все работы в области биомедицины: «В него войдут несколько лабораторий, включая мою, лаборатории “Биобизнесинкубатора”, созданного под патронажем руководителя , заведующего кафедры инновационной фармацевтики и биотехнологии МФТИ , в том числе организуемые по новым мегагрантам. А также лаборатории, имеющие прикладное значение для , организованного на базе МФТИ». Константин Агладзе назначен директором Центра.
Одна из задач, которую предстоит решить коллективу его научной лаборатории, – вырастить человеческие клетки сердца в таком количестве, чтобы с помощью оптического картирования можно было оценивать эффективность разных антиоритмиков по силе их действия и кардиотоксичности.
«Кадры решают всё»
Желающих работать в лаборатории, по словам профессора, больше, чем требуется, так что есть возможность отбирать самых креативных молодых исследователей. «Физтех до сих пор является мощным магнитом, притягивающим талантливых людей, – уверен Константин Агладзе. – Например, Нина Кудряшова, бакалаврская работа которой была как минимум на уровне магистерской. Она с третьего курса участвовала в лабораторных экспериментах и занималась компьютерным моделированием, и если ей такими же темпами удастся двигаться дальше, то к концу шестого курса кандидатскую диссертацию подготовит. Иван Ерофеев, у которого сейчас идёт третий год аспирантуры, уже сам ставит бакалаврам конкретные задачи и отслеживает, как они решаются, хотя, конечно, мы с ним предварительно обсуждаем направления исследований. Ему даже пришлось прочитать за меня семестровый курс лекций, когда я уезжал в Японию. Если говорить о научных результатах Ивана в области фотоконтроля сердечной ткани, то он приспособил к цифровому проектору ультрафиолетовый источник света так, что теперь мы можем с компьютера управлять волнами возбуждения выращенной сердечной ткани».
Иван Ерофеев: «Проблематика лаборатории хорошо легла на те навыки, которые я приобрёл во время научной работой на старших курсах Физтеха»
Ивана Ерофеева, окончившего факультет общей и прикладной физики МФТИ, в научной лаборатории Константина Агладзе привлёк элемент созидания:
«Здесь на стыке наук решаются новые, интересные научные задачи, биологические объекты изучаются физическими методами. Мы сотрудничаем и с химиками, которые синтезируют новые вещества, и с микробиологами, от которых получаем белок для волокон.
Проблематика лаборатории хорошо легла на навыки, приобретённые мною во время научной работы на старших курсах Физтеха. Так что мои нынешние занятия стали логическим продолжением того, что я делал раньше, включая бакалаврскую и магистерскую работы, которые я готовил на базе и .
Мы создаём клеточную ткань сердца на подложках, обладающих различными свойствами. В зависимости от того, какие волокна мы используем, как их располагаем, у сердечной ткани появляются новые особенности. И хотя клинические испытания у нас не проводятся, наработки лаборатории в будущем могут использоваться медициной».
Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.
