Российско-австралийский исследователь Андрей Звягин: чтобы победить рак, мы превращаем в оружие полезные вещества внутри организма

По условиям мегагранта нужно организовать, поддерживать работу лаборатории и для этого находиться в России не менее 4 месяцев в году. Фото: Сергей Коньков/ТАСС

Профессор Андрей Звягин – один из исследователей, получивших правительственные мегагранты. Эти суммы – 90 млн рублей на 3 года – выделяются российским ученым-эмигрантам, которые добились заметных успехов за рубежом, а сейчас готовы создать прорывные проекты на Родине. Ожидается, что такой подход поможет возрождать российскую науку, в том числе благодаря налаживанию связей с ведущими иностранными центрами и созданию лабораторий мирового уровня в нашей стране.

Удается ли воплощать такие заманчивые планы в реальной жизни, какие конкретно разработки ведутся на деньги мегагрантов – об этом мы поговорили с руководителем Лаборатории оптической тераностики Института биологии и медицины Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского, российско-австралийским ученым Андреем Звягиным, встретившись на международной конференции «Наука Будущего» в Казанском федеральном университете.

КАК ПОЙМАТЬ УСКОЛЬЗАЮЩЕГО ВРАГА

- Мы начали использовать в биомедицине новые типы наночастиц, которые обладают очень ценным свойством: они различимы, видны в живых клетках и даже в толще биологической ткани. Причем, уникальность некоторых типов этих частиц в том, что они сами начинают излучать красный, зелёный, синий и даже ультрафиолетовый свет, если их подсветить лазером в невидимом глазу инфракрасном диапазоне, в котором живая ткань становится прозрачней, - с гордостью рассказывает мне исследователь. – Такое явление называется фотолюминесценцией, либо флюоресценцией. Идея нашего проекта в рамках мегагранта – разработать технологии, которые позволяли бы с помощью таких наночастиц метить раковые клетки и видеть их через сантиметровой слой живой ткани. То есть частицы будут накапливаться в опухоли, метастазах и делать их видимыми для врачей.

- По словам онкоисследователей главная проблема в том, что раковые клетки у разных людей и даже в одной и той же опухоли отличаются друг от друга. Как наночастицы могут распознавать такого изменчивого врага?

- В начальной фазе наших исследований мы полагаемся на так называемый «эффект увеличенной проницаемости и задержания». Было обнаружено, что многие, особенно, агрессивные виды опухолей во время своего бурного и беспорядочного роста стимулируют хаотичный рост новых сосудов, стремясь захватить как можно больше пространства в организме. Из-за этого кровеносные сосуды, капилляры, прорастающие в таких опухолях, «бракованные»: имеют повышенную проницаемость, расширенные поры. Через эти поры в стенках капилляров из крови в опухоль проникают многие не только полезные питательные вещества и кислород, но и крупные по меркам наномира биомолекулы-тяжеловесы. В том числе – наши наночастицы. Они попадают и накапливаются прицельно в опухоли, поскольку проникнуть через стенки обычных сосудов в здоровые ткани организма не могут. В этом заключается еще одно из уникальных свойств: нам удалось спроектировать и создать наночастицы подходящего размера.

Профессор Андрей Звягин – один из исследователей, получивших правительственные мегагранты.

СДЕЛАТЬ ЩАДЯЩЕЙ ХИМИОТЕРАПИЮ

- К наночастицам можно прикреплять – «пришивать» различные биомолекулы, например, лекарственные средства, - продолжает Андрей Звягин. - Сами по себе молекулы таких препаратов, убивающих раковые клетки, способны проникать через стенки обычных кровеносных сосудов. Поэтому попадают из крови не только в опухолевые ткани, но и в здоровые, разрушая их. Из-за этого возникают опасные побочные эффекты химиотерапии. Если же лекарственные молекулы-киллеры прочно прикреплены к наночастицам (мы также разработали методы такого крепкого «пришивания»), то вместе с ними проникают только через пористые стенки капилляров в опухоли. В итоге такой прицельной доставки лекарств ощутимо можно снизить токсичные эффекты, от которых страдают пациенты при химиотерапии.

Сейчас в рамках исследований по мегагранту мы дошли до такого уровня, что можем в достаточно полной мере контролировать свойства наночастиц: их размеры, химический состав, молекулы на их поверхностях, устойчивость в водных и биологических растворах, что делает их совместимыми и безвредными для организма. И также мы можем «пришивать» к этим частицам биомолекулы самых разных сортов, включая антитела – благодаря этому наночастицы надёжнее связываются со злокачественными целевыми клетками.

НАНОДРАГОЦЕННОСТИ

- Расскажите подробнее: что это за частицы, из чего они сделаны?

- Из целого ряда частиц приведу три вида: наноалмазы, нанорубины и нанофосфоры.

- Сразу представляются драгоценные камни.

- Два первых вида – действительно драгоценные камни, только крохотные настолько, что дальнейшее их уменьшение приведёт к слому всего «кристаллического скелета», и наноалмаз превратится в углерод или его структуру. Например, после шлифовки алмазов остается крошка, ее фильтруют по размерам и самые-самые маленькие фракции продают нам, учёным. Исключительно полезные и дешёвые наноалмазы были открыты советскими учёными в 60-х годах прошлого столетия во время взрывных испытаний. Оказалось, что в образующейся саже содержатся наноалмазы предельно малого размера, обладающие удивительными и полезными для биомедицины свойствами!

Нанорубины очень полезны для лабораторных исследований на клеточных культурах. Мы в своих опытах показали, что с помощью нанорубинов можно видеть, делать заметными отдельные биомолекулы (в первую очередь речь идёт о рецепторах, крохотных чувствительных «антенках» на внешней оболочке, мембране клеток.). Для этого мы «прививаем» биомолекулы наночастицам и даём им возможность «общаться» в специальном растворе с живыми клетками. И видим, как эта молекула движется, проходит через мембрану – то, что называется молекулярный трафик.

- За счет этого вы можете получать точные данные о работе лекарств?

- Да, это важный метод, который нужен для разработки и испытаний лекарств новых поколений. А именно для медицинского применения, визуализации и лечения на настоящем этапе очень привлекательными видятся частицы-нанофосфóры, представляющими собой крохотные кристаллики со включёнными оптически-активными элементами двух типов.

В биомедицине начали использовать новые типы наночастиц, которые обладают очень ценным свойством: они различимы, видны в живых клетках и даже в толще биологической ткани. Фото: Сергей Коньков/ТАСС

СИЛА СВЕТА

- Как работают такие «волшебные» частицы?

- Одним из множества применений нанофосфóров является продемонстрированная нами фотодинамическая терапия для лечения рака. Суть в том, что в опухоль вводятся специальные молекулы – фотосенсибилизаторы. Они активируются под действием видимого и ультрафиолетового света. Один из самых известных фотосенсибилизаторов – порфирин. Это вещество естественного происхождения, оно есть в мозге в больших количествах. Однако было замечено, что при освещении, под воздействием ультрафиолета молекулы порфирина начинают производить активные формы кислорода (АФК), очень токсичные для клеток.

То есть при фотодинамической терапии фотосенсибилизаторы вводятся и накапливаются в опухоли, затем освещаются, активируются и прицельно уничтожают раковые клетки.

Такая терапия используется уже не первый год, на основе порфирина сделаны еще более эффективные фотосенсибилизаторы. Однако проблема в том, что удается лечить лишь поверхностные опухоли – поскольку ультрафиолетовый или видимый свет проникает относительно неглубоко. Конечно, это тоже немало – таким способом, например, сейчас активно и успешно лечат опухоли мозга глиомы, где хирургическое вмешательство чрезмерно опасно.

«ЗАСЛАННЫЕ КАЗАЧКИ»

- В чем новация ваших разработок в лаборатории оптической тераностики?

- Наши наночастицы – нанофосфóры – обладают уникальными оптическими свойствами. Их можно подсвечивать и активировать инфракрасным светом. А это глубоко проникающий свет – он проходит через кожу и ткани существенно глубже, чем ультрафиолетовый свет.

Вторая особенность нанофосфóров в том, о чем я упомянул вначале: они при освещении невидимым глазу инфракрасным светом сами начинают испускать видимый свет и даже ультрафиолет! Благодаря этому появляется возможность доставлять источники ультрафиолетового света вглубь тканей.

То есть это такие засланные казачки, - шутит ученый.

Андрей Звягин: Вокруг научных идей начинают собираться прогрессивные силы, и это очень радует. Фото: Сергей Коньков/ТАСС

ВИТАМИН В2 – КИЛЛЕР ДЛЯ ОНКОКЛЕТОК

- Какие перспективы для нас открываются?

- На самом деле благодаря нанофосфóрам открываются революционные перспективы. Фактически эти частицы могут работать как нанолампы, излучая ультрафиолет, при внешней подсветке. Вводя их, мы получаем доступ к самым разным фотосенсибилизаторам внутри организма. В том числе – к эндогенным, то есть тем, которые естественным образом образуются внутри нас.

Одно из таких веществ, как ни странно, рибофлавин, витамин В2. Если его освещать ультрафиолетовым светом, он начинает активно уничтожать клетки. А для превращения этого полезного вещества в оружие против раковых клеток, нужно целенаправленно ввести и накопить в опухоли нанофосфóры. После воздействия на них инфракрасным светом, наночастицы, в свою очередь, начнут излучать ультрафиолетовый свет и активируют рибофлавин, сделав его киллером онкоклеток. Мы продемонстрировали это в опытах, организованных и проведенных междисциплинарном коллективом. Существенный вклад внес в том числе Институт фотонных технологий РАН, в котором, собственно и началась моя «предмегагрантная» деятельность в России. Эта работа только что принята к публикации в престижном международном научном издании Nature Scientific Reports.

ЕСТЬ ЛИ ЖИЗНЬ ПОСЛЕ МЕГАГРАНТОВ

- Часто высказываются сомнения: за 3 года, на которые выделяется финансирование ученым по мегагранту, либо даже за 5 лет (есть возможность продления мегагранта) совершить серьезные прорывы крайне сложно.

- Знаете, одним из самых весомых и, пожалуй, даже главным результатом своей работы по мегагранту (исследователь получил его в 2014 году. – Авт.) я считаю создание лаборатории. Это действительно исследовательский центр с оснащением мирового уровня. Но еще важнее, что лаборатория уже состоявшаяся, способная сама генерировать новые научные идеи и воплощать их в жизнь.

Кстати, это особенно важно для региональных исследовательских университетов, которые обычно работают с оглядкой на столичные вузы. Когда я пришел, то хотел скорректировать такой недочет. И горжусь, что сейчас наша лаборатория в Нижегородском государственном университете им. Лобачевского полноценная и самодостаточная.

МЕЖКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ СВЯЗИ

- И еще очень важно налаживание связей, - продолжает Андрей Звягин. – Например, в нашей работе мне удалось объединить усилия пяти разных институтов, с которыми сотрудничаю, включая свой австралийский университет (Университет Маккуори, Сидней, Австралия. – Авт.). Стараюсь выстроить все так, чтобы исследования моих австралийских сотрудников были полезны и для российских людей. А работа здесь могла помогать и австралийцам. Постоянно езжу с образцами туда-обратно, как верблюд, - смеется ученый.

- Говорят, что ученые-эмигранты отбирают лучших аспирантов, чтобы переманить к себе за рубеж.

- Да, ребята отсюда приезжают ко мне на стажировку. Но все мы свободные люди. Если где-то лучше, то талантливые исследователи так или иначе будут стремиться туда. А если хорошие условия создаются здесь, то люди сюда возвращаются.

Сейчас мы создали плодородную почву, и сюда начинают притекать таланты. Ко мне в нижегородскую лабораторию приходят уникальные ребята, которые говорят: мы хотим работать именно здесь. Это та самая «молодая шпана, что сотрет нас с лица земли», о которой пел Гребенщиков – она приходит.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЖАЮТСЯ

- Мегагрант ведь не означает, что вы должны переехать, вернуться в Россию?

- Нет. По условиям мегагранта нужно организовать, поддерживать работу лаборатории и для этого находиться в России не менее 4 месяцев в году. Хотя, я по факту провожу здесь больше. Потому что, начав работать с одной лабораторией, завязываю и другие контакты. Сейчас в том числе у нас начинается очень интересный биомедицинский проект в Институте регенеративной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова. Я возглавляю там один из отделов и разрабатываю оптические технологии, которые позволят точно и достоверно отслеживать состояние выращенных тканей и органов, пересаженных в человеческий организм, с помощью открытых нами наночастиц.

Словом, я чувствую, что в России есть точки роста. Вокруг научных идей начинают собираться прогрессивные силы, и это очень радует. Так что будем развиваться.

- Как вам удается столько всего успевать, работая в нескольких странах и разных регионах России?

- Приходится жертвовать выходными (улыбается). Но вообще, мне кажется, что я даже не дорабатываю. И мог бы делать больше.