В России сегодня, 8 февраля, отмечают День науки. Дата праздника, учреждённого в 1999 году, выбрана неслучайно: 8 февраля 1724 года по распоряжению императора Петра I была основана Академия наук и художеств. Сейчас в стране насчитывается свыше 348 тысяч исследователей. Корреспонденты Новостей VL.ru побывали в двух научных лабораториях ДВФУ, расположенных на Русском острове, и узнали, над какими проектами сегодня трудятся молодые учёные.
Особые материалы
В кинематографичной лаборатории (похожую часто можно встретить в научно-фантастических фильмах) кипит работа: здесь молодые химики из ничем не примечательных на вид порошков получают особые материалы. В том числе биологические – в дальнейшем их можно применять, например, в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, при производстве имплантов. Но прежде, чем его начнут использовать по назначению, нужно доказать, что материал вообще работает.
«Необходимо изучить его микроструктуру, морфологию поверхности, провести гистологические исследования. Доказательство требует колоссальных усилий и человеческого ресурса», – объясняет заведующий лабораторией экстремальных материалов и изделий специального назначения Дальневосточного центра синхротронных исследований ДВФУ, кандидат химических наук Олег Шичалин.
С нынешнего года химики также помогают другой лаборатории ДВФУ, занимающейся изготовлением протезов. Их задача – получить гибкие и прочные материалы, способные проводить электрический ток и служить как можно дольше.
В лаборатории, которой заведует Олег Шичалин, в основном работает молодёжь – студенты, магистранты, аспиранты. У каждого участника команды – своя задача. Злата Корнакова, магистр второго курса направления «Материаловедение и технологии материалов» ДВФУ, попала в лабораторию на третьем курсе химического факультета и, как она сама говорит, со временем «прижилась».
«Не знаю почему, но мне всегда была интересна химия. Нравилось наблюдать, как смешиваются вещества, что из них получается, – рассказывает девушка. – Когда я попала в лабораторию, нужно было выбрать одно из двух направлений: радиохимия или биомедицина. Мне понравилась биомедицина, потому что, во-первых, у неё есть практическое применение, а во-вторых, изначально я раздумывала над тем, чтобы поступить в мед. Так две мои любимые стези соединились».
Сейчас в лаборатории молодой химик занимается синтезом биоматериалов в гидротермальных условиях. «Берётся стальной стакан в виде реактора, в который помещается порошок или раствор и выдерживается в определённой температуре. В итоге получается материал с конкретными размером и составом. Затем его исследуют и определяют, что с ним делать дальше. Например, из него изготавливают керамику, либо «вшивают» в кость, чтобы посмотреть, как она регенерирует, либо насыщают различными препаратами и наблюдают за тем, как этот материал влияет на раковые опухоли», – рассказывает Злата.
Материалы производят из порошка, который состоит из природоподобных минералов – эти вещества входят в состав человеческих костей. Ингредиенты порошка бывают как синтетическими, так и природными. Последние, к примеру, производят из морских ежей. Но Злата использует только синтетические материалы.
«Один из материалов мы дополняем различными добавками, чтобы увеличить сорбцию радиопрепаратов при радиотерапии. Простыми словами, у нас есть порошок, который забирает в себя часть препарата и дозированно выдаёт его в организм. И так как порошок способен взять только определённое количество препарата, мы стараемся этот параметр увеличить. Сделать это можно с помощью различных добавок или изменения структуры. И таким образом, увеличивая сорбцию препарата, мы увеличиваем и фактор его влияния на организм, чтобы раковая опухоль как можно скорее уменьшилась в размерах», – объясняет Злата.
Трёхмерные модели
Порошок можно использовать для лечения не только онкологических, но и других заболеваний. Например, для регенерации костной ткани. Также он пригоден для изготовления различных имплантов, зубных протезов и многого другого с помощью 3D-принтера. В лаборатории ответственный за полимеры – Семён Азон, аспирант, старший преподаватель Департамента ядерных технологий Института наукоёмких технологий и передовых материалов.
«Мы в основном работаем в двух направлениях – с термоплавкими и фотополимерами, – рассказывает учёный. – Полимер – это жидкое вещество, способное застывать от излучения с определённой длиной волны. В этой сфере мы ведём разработку различных изделий, применяемых в медицине. Например, сделали рентген-прозрачные детали для аппарата Елизарова, который используют при переломах костей. Обычно их выполняют из металла. Но чтобы фиксировать, как срастается кость, пациенту часто требуется делать томографию, которая проводится с использованием рентгеновского излучения. А сталь мешает разглядеть место перелома. Поэтому мы производим материалы, через которые всё хорошо видно».
Кроме того, на 3D-принтере периодически печатают реплики переломов или других костных повреждений. Это необходимо для того, чтобы хирург мог спланировать операцию и понять, как подобраться к проблеме.
«Также мы пытаемся продвигать аддитивное (трёхмерное. – Прим. Новостей VL.ru) производство керамики. Сейчас наиболее развиты 3D-печать полимерами и металлами. А есть печать керамикой – с ней работать сложно, это достаточно хрупкий материал, – продолжает Семён. – У нас были попытки что-то изготовить, но пока это находится в зачаточном состоянии: есть всё сырьё, однако непонятно, что с ним сделать. Я думаю, в течение пары месяцев я получу достаточно функциональные изделия, которые в перспективе можно использовать в качестве костных имплантов».
По словам Олега Шичалина, в настоящий момент приборная база Дальневосточного федерального университета позволяет решать различные задачи, на которые влияет запрос. Финансовую поддержку молодым учёным оказывает Российский научный фонд. Также исследователи участвуют в грандиозной федеральной программе «Приоритет 2030» – она предполагает поддержку прогрессивных научных проектов более ста университетов России.
«Не лечение, а предсказание»
Лаборатория, расположенная в соседнем корпусе, недавно отпраздновала новоселье, поэтому выглядит не такой обжитой. Да и студенты сейчас на сессии. Здесь нас встречает кандидат химических наук, директор Департамента биомедицинской химии Института наук о жизни и биомедицины Владимир Силантьев, который ко всему прочему руководит проектом «Биофармацевтические технологии для персонализированной медицины и здоровьесбережения». Этот проект тоже участвует в программе «Приоритет 2030».
«В рамках нашего проекта мы работаем в тренде современной мировой медицины, которая занимается не лечением, а предсказанием того, какие болезни могут появиться у человека в будущем. Или, например, какими лекарствами пользоваться, чтобы предотвратить эти заболевания. Мы же как раз занимаемся разработкой препаратов, которые помогают человеку восстановиться», – говорит Владимир Силантьев.
Среди прочего лаборатория ДВФУ занимается созданием препаратов для реабилитации после перенесённых онкологических заболеваний. Лучевая и химиотерапия, которые сейчас активно используются медиками для лечения раковых опухолей, имеют массу негативных последствий. А препараты, разрабатываемые приморскими учёными, призваны снизить такое влияние на организм.
«Таких лекарств (хотя у нас оно зарегистрировано как биологически активная добавка) не так уж и много. И это довольно сложная работа, которая пока происходит в лаборатории. Но мы надеемся вывести препараты на рынок, – добавляет Владимир Силантьев. – Вторая часть проекта – работа с биополимерами, то есть с веществами, которые извлекаются из растений и животных. Такая, казалось бы, заезженная тема, но тем не менее очень непростая. Куда легче работать с синтетическими веществами, а с тем, что извлекается из природы, – крайне тяжело. В этой теме ещё много неизвестного, и потенциал у неё большой».
Нанотехнологии
Коллеги Владимира работают с большими полимерами, опять же, для лечения онкологических заболеваний. Так часто с раковыми опухолями работают потому, что у лабораторий есть запас реальных образцов онкозаболеваний, которые можно задействовать в исследованиях. Сам же учёный занимается созданием маленьких объектов – в том числе тех, что нельзя увидеть невооружённым глазом.
«Большое количество заболеваний недоступны для лечения обычными веществами. Нельзя просто выпить таблетку или ввести лекарство с помощью шприца, потому что в организме существует множество фильтров, которые воспримут эти частицы как мусор и не подпустят к органам – в частности, к головному мозгу, поражённому злокачественной опухолью, – рассказывает Владимир. – Наша задача – наноконтейнеры, в которые можно упаковать лекарственное средство, чтобы оно потом в определённых условиях вышло и оказало лечебное действие. При этом оно должно обладать определёнными свойствами на поверхности – зарядом и дополнительными молекулами, которые будут привлекательны для раковой опухоли. И более того, здоровые клетки не должны «перехватить» его на пути к больным. Это называется «таргетная медицина», реальный тренд сейчас».
По словам Владимира, злокачественная опухоль головного мозга не имеет границ, поэтому её невозможно полностью удалить хирургическим путём, как это делают с поражёнными частями других органов. Единственный потенциальный способ победить болезнь – доставить к ней нано- или микровещество по кровотоку. Разработкой такого вещества и занимается лаборатория. Но рак не единственный пример, учёные создают препараты и для других заболеваний.
«У нас в команде есть биологи, которые давно работают в сфере медицины. А в этом году будем дополнительно подключать профессиональных врачей, – добавляет Владимир. – Сейчас всего семнадцать человек, по большей части это студенты. У всех свои компетенции: биологи знают, какое конкретно сырьё мы будем использовать, куда его лучше собирать и обрабатывать; химики – как вытаскивать вещества из сырья или ещё как-то его модифицировать. Есть ребята, которые разбираются в болезнях».
Современные учёные, отмечает руководитель проекта, предпочитают работать в таких смешанных командах – тогда на выходе получается или хорошая, многогранная научная статья, или некий продукт. Во втором случае подключатся ещё и технологи, задача которых – запустить этот продукт в производство. Но и команды не замыкаются сами на себе, они общаются с учёными из других университетов, городов и стран, делятся наработками и опытом. Таким образом, как и на заре становления отечественной науки, то есть почти триста лет назад, сейчас её главным двигателем остаются люди.
