Все новости

Глеб Сухоруков, руководитель лаборатории биоматериалов: клетки ведут социальную жизнь

Глеб Сухоруков Сергей Бобылев/ТАСС
Описание
Глеб Сухоруков
© Сергей Бобылев/ТАСС

Глеб Сухоруков — российский и британский ученый в области химии и физики материалов, инженерии. Профессор Сколтеха и Лондонского университета королевы Марии. Разрабатывает многофункциональные системы доставки лекарств с помощью капсул. Вошел в топ-10 всемирно известных ученых российского происхождения по версии Forbes.

Интервью Глеба Сухорукова — в проекте ТАСС "Беседы с Иваном Сурвилло".

— Глеб Борисович, я помню, что в детстве смотрел фильм и там была миниатюрная подлодка, на которой доставляли лекарство к конкретному месту в организме.

— Я тоже помню этот фильм, тоже в детстве его смотрел. Подводная лодка была примерно с клетку крови, в ней сидел оператор, тоже уменьшенный в размере. Подлодка могла свободно циркулировать по всему организму вместе с кровью, подплывать к органам и чинить их.

Сегодня уже есть попытки сделать что-то подобное.

Фактически мы создаем микрокапсулы размером с клетку или даже находящиеся внутри клетки, которые могут общаться с внешним миром посредством магнитного поля, света или ультразвука. Главное — чтобы капсула была восприимчива к этим воздействиям. Тогда она может простые операции сделать: достигнуть необходимого места и по команде оператора сбросить необходимое вещество

— Пока это первая ступень, получается?

— Да. На самом деле даже с этим очень много проблем сопряжено. Дело в том, что так вот сразу в человека капсулу не введешь. Очень много надо пройти определенных бюрократических разрешений. Естественно, сначала все на животных, на мелких, потом на крупных, потом только на человеке. Ограничений довольно много.

Пока с людьми мы делаем очень простые вещи: есть катетер или стент, который врачи уже используют в операциях. Мы его покрываем пленкой с лекарственным веществом, в теле пленка медленно растворяется, вещество выходит. Можно ускорить этот процесс, используя ультразвук: фокусируем его в нужном месте, капсулы раскрываются, вещество сбрасывается. Врачи мне говорят, что полегчало человеку, и это радует, хочется помогать дальше.

Я понимаю, что это пока далеко не та история, как в том замечательном фильме, но придем потихонечку.

— Через какое время, как вам кажется?

— Это обозримое будущее. 10–20 лет.

Сейчас уже добавляют контрастные агенты для тех же МРТ или других методов. По сути, люди используют те же микрочастички, чтобы улучшить изображение. Но пока это действует только на одну функцию: увеличить контраст, чтобы врач лучше видел. В дальнейшем просто добавится другая функция: видеть и дистанционно воздействовать. Может, даже речь о пяти — семи годах.

Но, опять же, любое воздействие на человеческий организм должно пройти стадию разрешений. Нам с нашими катетерами позволяют с помощью ультразвука сбрасывать вещество, только потому что мы используем те же параметры медицинского ультразвука, что и врачи при визуализации. Иначе пришлось бы это все долго утверждать.

Про консервативность, работу в стол, роль случайности в науке и тщеславие

— Я помню, что в фильме подлодка была автономной.

— Автономность — это, конечно, хорошо, но сначала бы просто джойстиком научиться управлять капсулой. Даже это непонятно, как сделать, потому что магнитное поле не может в трех осях управляться. Наверное, что-то можно сделать с помощью клеток крови... Ведь они весь организм пролетают примерно за пять минут. Там, где операторы видят повреждение, капсула приостанавливается и может какую-то манипуляцию произвести. Так, наверное, технически возможно в ближайшие годы, но все равно до реального применения в человеке пройдет много времени.

Как у нас это устроено: есть определенный набор того, что нужно сделать. Если технология работает где-то на Западе, то все разрешительные процедуры проходят легче. А если что-то совсем революционное, первое в мире, то ни Европа, ни Россия не согласуют это — или с огромным трудом.

— Боятся?

— Да. Боятся неопределенностей и возможных последствий в отдаленной перспективе. В Америке, несмотря на очень жесткие правила, новое внедрить относительно проще, чем в Европе и в России.

— Почему так?

— Мы более консервативны. Американцы как-то привыкли, что они главные в мире, и могут себе позволить создавать что-то новое и идти на риск. Но, думаю, это может поменяться. Я вижу в последнее время все больше интереса и внимания к биомедицинским исследованиям в России. Чтобы внедрять наработки, нужно упрощать административные барьеры, ведь страна должна развиваться во всех направлениях.

— Бывает такое, что то, над чем вы работали, потом просто клали в стол из-за административных барьеров?

— Да, многое на самом деле.

Много работ, когда работаешь по контракту с компанией, даже сделал совместный патент с ними и опосредованно узнаешь, что компания решила ничего не внедрять. То есть твою работу положили в стол. Таких примеров у меня несколько. Это нормальная жизнь. Был контракт — мы его выполнили. А что с ним дальше делать — заказчик решает сам.

— А вы что испытываете в такие моменты?

— Грусть, конечно, есть. Жалко, потому что, может быть, и сам внедрил бы. Но появляются другие проекты, которые надо делать.

Это часть работы. Не внедрили — и ладно, что-нибудь другое внедрится. Сам факт того, что сделали, — уже радость. Я уверен, что со временем любая работа в стол обязательно каким-то образом найдет свое применение. Часто что-то не удается, потому что нет других смежных технологий, который должны "созреть", и тогда ваше применение станет актуальным. У меня не было такого, чтобы через десять лет что-то внедрилось, но жизнь знает и такие примеры.

— Есть у вас история, где прямо все сложилось и вы гордитесь?

— Чтобы прям абсолютно все сложилось, наверное, нет.

Но очень часто бывает, что про самые интересные вещи, не вышедшие в применение, можно сделать хорошую публикацию, которую будут цитировать. Это же тоже очень важно для ученого. Ученые тщеславные, что тут скрывать.

То, что выходит в применение, в моем случае — обычно простые вещи, которые получились как сайд-проект. Все делали другое, очень сложное и, как нам казалось, великое, а применение нашлось какой-то очень простой вещи, тогда казавшейся неважной

— Например?

— Есть хлоргексидин, фармацевты используют его довольно давно. Но фармацевты не очень сильно используют электронный микроскоп в своей работе, им это не нужно объективно. А мы, ученые-материаловеды, в микроскоп смотрим по любому поводу и без него.

Мы пытались закапсулировать хлоргексидин, и аспирант мой сказал, что у него получилась структура, но немножко не та, что должна была. Мы посмотрели — действительно не та. Оказалось, что комбинация хлоргексидина и хлорида образует структуры типа ежиков на абсолютно разных поверхностях: и металлы, и кожа, и резина, и так далее. Структуры довольно устойчивые и долго на поверхности стоят.

Если, условно говоря, сполоснуть те же зубы хлоргексидином попеременно с хлоридом, то он у вас будет довольно долго и устойчиво на зубах находиться, и его бактериологический эффект будет очень пролонгированный. Вроде бы, кажется, довольно простая вещь, но мы запатентовали, и есть компания, которая эту технологию нашу сейчас выводит на рынок. Очень надеюсь, что через несколько месяцев продукт пройдет окончательную регистрацию и появится в продаже, можно будет рассказать подробнее.

Еще одна история: мы всегда считали, что капсула должна быть кругленькая, чтобы плавать. Но в конце концов перешли обратно к кармашкам, в которые внедряется вещество. Самый простой пример из макромира — пупырчатая пленка, которая используется для упаковки. Мы сделали практически то же самое, только размером в несколько микрон. Пленка состоит из биологически разлагаемых полимеров, и ее можно наносить на различные поверхности. Со временем пленка будет разлагаться, и вещество будет выходить. Опять же, можно ускорить все ультразвуком и сделать триггерное высвобождение вещества. Такой формат пленки позволяет загружать больше лекарственного материала на единицу площади поверхности стента и делает технологию нанесения независимой от физико-химических свойств лекарства, так как его не нужно смешивать с основой пленки, а можно просто "заложить в кармашки". Причем наличие микронных воздушных пузырьков позволяет триггерно сбросить вещество ультразвуком, если врач посчитает необходимым резко увеличить концентрацию антибиотика в случае постоперационного воспаления.

Вроде от большой науки тут ничего нет: ну пленка и пленка. А есть области, где она оказалась очень важна. Дьявол в деталях. Наука — как раз процесс докапывания, понимания, что в деталях надо поменять, чтобы конструкция работала и решала задачи.

Про социальную жизнь клеток и неизученность человека

— Что вы ощущаете, когда понимаете, что пазл встал на место?

— Вот это и есть высшая радость в профессии. Именно так, как вы говорите, когда пазл складывается. Когда все работает, то можно ночью сидеть и проводить эксперименты со своими сотрудниками. Такое редко бывает, но бывает. Ради этого ощущения и работаю.

— Когда у вас оно было в последний раз?

— Недавно. Аспиранты звонят: "Глеб Борисович, у нас сейчас такая вещь в лаборатории получается!" Бросаю все дела, бегу и наблюдаю, что получилось. Работа же не индивидуальная. У нас коллектив.

На самом деле самые удивительные открытия получаются там, где ты их не ожидал. Например, когда пишешь грант, указываешь, что в итоге получится. Комиссия смотрит, что вроде бы есть логика, и грант дают. Но часто думаешь одно, а получается другое.

Мы, когда делали наши капсулы, загружали в них краситель, на который удобно смотреть, когда он выходит. В капсуле у нас были углеродные наночастицы, они поглощали свет, и закапсулирована красная краска. Мы хотели проверить выход содержимого из микрокапсулы под воздействием света.

Сотрудники начали это делать, потом приходят ко мне и говорят: вы знаете, у нас красная краска превращается в зеленую. Мы потом стали копаться и нашли статьи 30-летней давности, в том числе российских ученых, в которых описывается, что при таком сочетании происходят фотохимические процессы и красная окраска переходит в зеленую. А мы этого даже не предполагали.

Теперь представьте: клетка поглотила пять наших капсул, пять красных шариков, которые живут в клетке. Потом мы взяли и лазером переключили в одной клетке один шарик в зеленый, в другой — два, и так далее комбинаторно можно много маркеров поставить на клетки. Таким образом мы можем в одной популяции клеток пометить почти каждую клетку и смотреть, как они, куда они движутся.

Это важно, потому что сейчас последние работы показывают, что клетки ведут социальную жизнь.

Есть клетки-лидеры, это примерно 1–2 процента, которые первыми реагируют на какую-то ситуацию. Есть последователи: ранние и более поздние, которые идут следом. Большинство клеток — "citizen", то есть просто граждане, которые реагируют, только когда уже остальные пошли

Сегодня мы отправили грант как раз на дальнейшее исследование проблемы социальной жизни клеток. То есть тему этого гранта мы получили за счет предыдущего гранта. Но то, что вот мы обнаружим, что клетки можно пометить индивидуально, и много, в заявке на предыдущий грант не было. Там написано было, что мы углеродные точки будем изучать в разных материалах, но не в том контексте, где получили самый интересный результат.

— А можете еще раз объяснить: вот мы понимаем, что клетки ведут социальную жизнь. И?

— Допустим, те же стволовые клетки имеют разные активности. Значит, мы можем отделить лидеров и по клеткам-лидерам изучать межклеточную жизнь. Я не совсем клеточный биолог, но мы предлагаем инструмент, с которым биологи смогут производить разделение клеток и смотреть, какую функцию кто из них будет выполнять. А потом сможем узнать и сам механизм этого явления. Мне думается, что это важно для понимания того, как массивы клеток реагируют на различные факторы и как популяции клеток изменяются.

— А к вашей специальности доставки микрокапсул эту историю можно применить?

— Сложно сказать, но один из методов доставки лекарств — как раз с помощью клеток организма. Мы их забираем у организма, начиняем нашими капсулами с лекарствами и помещаем их обратно в организм. Они для него родные, значит, точно не будут отторгнуты иммунной системой. Получается троянский конь: клетка родная, а внутри содержатся капсулы с веществом. Она пойдет по тому механизму внутри организма, который ей определен, а мы можем ее отследить и на нее воздействовать.

Это не совсем связано с мечением отдельных клеток, потому что мы пока мы не знаем, как их отслеживать в организме человека. Нет методов, которые позволяют это делать. Мы непрозрачны для оптики. Может быть, физики здесь что-нибудь придумают...

На самом деле, чем больше мы будем понимать, как человек устроен, тем больше раскроем наши возможности. Когда я в школе учился, нам говорили, что содержимое всех библиотек мира может быть в голове одного индивидуума потенциально. Были примеры людей-эрудитов. То есть в принципе возможности отдельного человека огромны. Вопрос в том, почему у одних людей это возможно, а у других — нет или что другое возможно у других людей.

— А насколько сейчас вообще человек изучен?

— Мало изучен. Мы имеем некоторые знания, накопленные поколениями и современными методами медицины. Но если мы будем знать, что делает в конкретную минуту каждая клетка клеточного организма, то мы уже очень много сможем сказать об организме, благо технологии сейчас позволяют такой объем данных проанализировать и выявить взаимосвязи.

Для этого мы должны, допустим, достигнуть клеточного разрешения визуализации. Сейчас это невозможно: ни рентген, ни МРТ, ни тем более ультразвук не могут дойти до разрешения клетки.

— Получается, что как раз нет других смежных технологий?

— Я бы так не стал говорить.

Мы вместе с РКЦ (Российский квантовый центр — прим. ТАСС) хотим сейчас сделать прибор, который позволит отслеживать если не отдельные клетки, то ансамбли отдельных клеток. С помощью него мы сможем точнее отслеживать путь клеток с маркерами по организму. Это очень способствует развитию клеточной терапии и позволит изучать миграцию клеток в организме.

Про то, что такое быть ученым, и про ответственность за применение открытий

— Почему вы начали заниматься наукой?

— Я вырос в семье ученых и как-то даже не рассматривал другие профессии. Поступая в университет, я уже знал, что буду заниматься наукой. Тогда была в моде ядерная физика, я поступил на физический факультет, но хотел более простыми и жизненными вещами заниматься, поэтому занялся физической химией и биофизикой. Увлекся получением тонких пленок, и оказалось, что это может менять свойства материалов. Потом стал делать тонкие пленки на поверхности маленьких частиц. Получались капсулы. В итоге получается — занимаюсь разными вещами, но как-то все вокруг пленок, капсул, частиц, поверхностей...

— А если бы не наука — то что?

— Мне в детстве нравилось футбольные и хоккейные матчи комментировать. Но я серьезно это даже не рассматривал как-то. Причем я окончил университет в 90-е годы, и, знаете, огромное количество людей, с которыми я оканчивал, ушли из профессии. А я из науки не ушел и продолжаю в ней быть и не жалею. Никем другим, кроме как ученым, себя не вижу.

— Что такое для вас быть ученым?

— Это вся моя жизнь. У меня в жизни нет ничего другого, что так же хорошо получалось бы, так что наука — это у меня на всю жизнь.

А так, быть ученым — значит ставить задачи, которые интересны не только тебе, но и другим людям, и решать их. Еще обучать молодых ученых, учить их думать о науке и учить их решать задачи.

— Забавно, что вы не сказали ничего про открытия.

— Проблема в том, что открытия невозможно предсказать.

Это, как мы уже обсуждали, один из парадоксов грантовой системы — грант пишется ученым под задачу, а большинство вещей, которыми гордишься, удается сделать из-за того, что получилось не то, что ты думал. Что-то не то получилось — ты начинал думать: а почему получилось так? Начал разбираться — и из этого стали вырастать какие-то новые направления. Такое нельзя спрогнозировать.

Как-то мы случайным образом взяли частицу, покрыли ее пленкой и поставили в условия, в каких частица должна раствориться. Расчет был такой: либо пленка удержит и не растворится, либо частицы растают. В итоге полой оказалась частица. Мы увидели этот процесс и поняли, что ядро можно растворить и частица получается полая. Значит, ее можно наполнять чем-то другим! Так мы создали капсулы, которые можно наполнять другими веществами. Мы вообще не планировали этого. Даже грант нам бы не дали на это, нам бы сказали: ребята, вы о чем? Вы играете, как студенты на практике.

Это такой немножко эвристический момент. Подобные моменты случаются, и потом вечерами думаешь о том, почему это так произошло и что из этого можно извлечь. Хочется разобраться с этим.

— Никогда не хотелось уйти из науки?

— Скорее обратное.

Дело в том, что я еще преподаю, и работа университетского профессора сопровождается некоторой рутиной: надо экзамены проверять, надо лекции читать... Иногда рутины становилось так много, что я думал: "Когда же это все закончится и я смогу спокойно думать о науке?!"

Серьезного кризиса, чтобы подумать уйти, не было. Может быть, я просто его гнал от себя подальше. Может быть, он меня не догнал еще пока.

— Я подумал, что в капсулу можно не только лекарство, но и яд поместить.

— Да, конечно. Те же цитостатики — яды для клеток. Их доставляют, чтобы убить определенные виды клеток.

— А вы не ощущаете какую-то ответственность, что ваши капсулы могут как-то не так использовать?

— Хороший вопрос.

Ответственность ощущаю. Но, с другой стороны, все равно все решают люди. То есть ответственность ни в коем случае не должна останавливать исследования. Мысль, что вдруг я сделаю что-то, что потом может использоваться не так, — она просто против логики ученого. Так даже думать не надо. Надо сделать сначала — и потом решим, где и как это может применяться, а где не может.