Физтех посетила заместитель генерального директора РНФ Елена Попова

27 мая Московский физико-технический институт посетила заместитель генерального директора Российского научного фонда Елена Попова. В ходе рабочего визита она встретилась с ректором МФТИ Дмитрием Ливановым, проректором по научной работе Виталием Баганом и грантополучателями-физтехами, которые проводят исследования в области биоинформатики, геномной инженерии, мобиломики растений, создания инновационных лекарственных препаратов,  а также изучают механизмы старения.

В приветственном слове Дмитрий Ливанов отметил, что в ближайшей перспективе приоритетное развитие в мировой и отечественной науке получат междисциплинарные направления, объединяющие информационные технологии, биотехнологии, искусственный интеллект, робототехнику и концепции устойчивого развития. Возрастает потребность в специалистах, способных не только эффективно применять технологии, но и генерировать инновационные решения.

«У МФТИ уже есть работающий рецепт успеха: мы выстраиваем четкую цепочку — от фундаментальной науки к поисковым исследованиям, от них — к прикладным результатам, а затем к реальным опытно‑конструкторским разработкам. Данная стратегия, успешно реализованная в сфере отечественной микроэлектроники, демонстрирует высокую результативность.

Перспективным шагом представляется экстраполяция этой модели на биотехнологические направления при поддержке соответствующих механизмов стимулирования. Мы очень рады сотрудничеству с Российским научным фондом, в рамках которого открывается возможность для выстраивания в области биотехнологий целостной цепочки трансфера знаний, аналогичной сложившейся в микроэлектронике, что будет способствовать ускорению научно‑технологического прогресса»,— подчеркнул ректор МФТИ.

В этот день Елена Попова посетила ведущие лаборатории Биофармацевтического корпуса МФТИ, которые являются грантополучателями РНФ. Ряд исследователей фонд последовательно поддерживал на протяжении многих лет.

Так, о научных исследованиях в области нанобиотехнологий, в том числе в области синтеза наночастиц для направленной доставки лекарств и различных иммунологических подходах с целью повышения эффективности нанопрепаратов рассказал Максим Никитин, заведующий лаборатории нанобиотехнологий, одной из первых в корпусе БИО.

«Основная тематика нашей лаборатории в настоящее время — направленная доставка лекарств и здесь у нас есть ряд технологий, которые существенно опережают технологии мировых конкурентов.

Первая технология заключается в способе создания наноагентов, которые способны анализировать биомолекулярный профиль микроокружения мишени (например, раковых клеток) согласно законам булевой алгебры, также как компьютеры. Анализ одновременно многих маркеров (а не только одного как сейчас делают большинство современных лекарств) позволяет точнее находить мишень.

Вторая технология “МФС-цитоблокады”, позволяет многократно повысить эффективность накопления частиц в опухоли. Мы поняли, как обхитрить иммунные клетки организма, которые выводят терапевтические нанопрепараты из кровотока быстрее, чем они успеют что-то вылечить. За счет введения анти-эритроцитарных антител перед наночастицами, нам удалось заставить иммунные клетки чуть интенсивнее чем обычно перерабатывать собственные эритроциты организма, а нанопрепараты какое-то время не трогать. За счет этого нанопрепараты доставляются в опухоль в многие десятки раз эффективнее, что позволяет кардинально снизить необходимую для лечения дозу», — отметил Максим Никитин.

Спикер подчеркнул, что ключевые этапы многих передовых исследований в лаборатории ведутся на отечественных приборах, которые умеют то, что не умеют мировые аналоги. 

Также Максим Петрович рассказал об открытом им феномене «молекулярной коммутации», который активно развивается в лаборатории как в фундаментальном, так и прикладном направлениях, в том числе в области медицинских приложений и разработке новых технологий хранения информации в ДНК.

В лаборатории структурно-функциональных исследований инновационных противоопухолевых средств заместитель заведующего Елена Петерсен рассказала о разработке лучших в своем классе новых лекарственных препаратов:

«Основным направлением деятельности нашей лаборатории, как и нашего Центра инновационной фармакологии, является разработка новых лекарственных препаратов, в первую очередь потенциально противоопухолевых на основе малых молекул — против рака молочной железы, а в будущем планируется масштабирование разработок и против других типов солидных опухолей. Лаборатория создана на площадях, которые очень близки к GLP — международному стандарту качества и системы норм для доклинических исследований».

В лаборатории Елена Петерсен продемонстрировала установку комбинационной спектроскопии. С ее помощью, а также с использованием разработанных алгоритмов технического зрения сотрудники разрабатывают новые неразрушающие методы драгскрининга. Спикер подчеркнула, что в лаборатории активно работают с 3D-культурами, что позволяет исследователям уходить от животных моделей и проводить более достоверные и сжатые по срокам новые исследования.

Дополнительно в Центре инновационной фармакологии ведется научная работа по разработке и валидации новых доклинических моделей с использованием рекомбинантных клеточных линий. Большое внимание уделяется разработке дизайна новых лекарственных препаратов, в том числе с использованием искусственного интеллекта.

О деятельности лаборатории системной геномики и мобиломики растений рассказал ее заведующий Илья Киров. В лаборатории работают больше 25 человек, и почти все они — молодые ученые. Команда разрабатывает платформу геномного редактирования нового поколения и занимается ее интеграцией в селекционный процесс и в фундаментальные исследования биологии мобильных элементов генома. 

В основе разрабатываемых в лаборатории подходов лежит редактирование ДНК непосредственно в меристематических клетках растений и в процессе нормального онтогенеза, без применения трудоемких протоколов культуры тканей in vitro и трансформации. Это позволяет сократить продолжительность и стоимость полного цикла редактирования в 5–10 раз, а также полностью исключить интеграцию чужеродных последовательностей в геном. 

«Наши исследования сосредоточены на растениях — функциональной основы всего живого на Земле. И сейчас на фоне перенаселения и глобального изменения климата, вопросы ускорения селекционного процесса занимают многие ведущие лаборатории мира. Но наша команда решила, что мы будем работать не над ускорением селекции, а попытается изменить основополагающие принципы селекционного процесса. Наша цель — сделать процесс селекции более предсказуемым и более похожим на инженерию.

Для этого мы разрабатываем на Физтехе платформу для экономичного и эффективного геномного редактирования растений. Эта платформа полного цикла и включает все этапы и методы, собранные в одном месте: от поиска мишени и дизайна редактора до получения готовых растений с новыми уникальными аллелями генов. Ядро разрабатываемой технологии — комбинация вариантов геномных редакторов последнего поколения и новейших способов их доставки в растение»,— пояснил Илья Киров.

Учёный продемонстрировал линейку созданных в лаборатории редакторов и живые примеры работы лаборатории — редактированные растения Arabidopsis thaliana, табака и томата, полученные с использованием разрабатываемой платформы, и обозначил перспективы ее применения в практической селекции и фундаментальной биологии.

В завершении встречи о своей работе за круглым столом рассказали Павел Волчков — исполнительный директор Центра живых систем, Иван Гущин — исполнительный директор Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний и Иван Бобринецкий — ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных наноматериалов

«Центр живых систем занимается созданием диагностических и терапевтических решений для моногенных генетических, аутоиммунных и онкологических заболеваний. В рамках гранта РНФ мы делаем платформенное решение для создания персонализированных генотерапий, при этом особое внимание уделяем ранней диагностике заболеваний. На ранних стадиях для многих пациентов эффективного лечения пока не существует, поэтому критически важно выявлять заболевание до того, как произойдут необратимые изменения в организме.

И здесь хорошим примером является диабет первого типа. Его в основном диагностируют уже в третьей и даже в четвертой фазе заболевания, когда идет значительное уничтожение клеток. Мы создали инструмент, который позволяет с вероятностью 98% предсказать, разовьется ли это заболевание, что максимально высоко даже по мировым стандартам. Это первый компонент такого платформенного решения.

Другой — разработка персонализированной генотерапии, включающей создание, проверку эффективности и безопасности таких компонентов, как синтетические вирусные системы доставки, синтетические тканеспецифичные промоторы, алгоритмы оптимизации нуклеотидных и аминокислотных последовательностей»,— рассказал о работе центра Павел Волчков.

При поддержке РНФ в Центре живых систем создана клеточная модель сетчатки глаза человека, которую получают направленной дифференцировкой индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациента. Разработан алгоритм оптимизации нуклеотидной последовательности доставляемого трансгена с целью повышения уровня экспрессии целевого белка, а следовательно снижения дозы препарата и повышения безопасности при их разработке. Ведется работа над созданием синтетических тканеспецифичных промоторов, которые позволят эффективно нарабатывать терапевтический белок только в целевых тканях организма.

Далее слово взял Иван Гущин, который отметил, что основными направлениями деятельности Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний являются структурный анализ и инженерия белков, а также ранняя разработка лекарственных средств.

С помощью рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии удается установить строение рецепторов человека, антител и ферментов на атомарном уровне, после чего, используя компьютерное моделирование и методы на основе машинного обучения, можно идентифицировать молекулы — потенциальные лекарственные средства, либо оптимизировать уже известные. Центр активно работает с фармацевтическими компаниями по этим задачам.

«Также последние три года наш центр активно развивает еще одно очень перспективное направление: с помощью искусственного интеллекта мы создаем синтетические белки — малые аналоги антител, которые могут быть эффективно произведены при помощи бактериального синтеза, а также разрабатываем улучшенные ферменты для биотехнологических производств»,— отметил Иван Гущин.

Завершил круглый стол Иван Бобринецкий, еще один пример междисциплинарных исследований на стыке электроники и био, который представил разработанные при поддержке фонда графеновые аптасенсоры на основе полевых транзисторов для неинвазивной диагностики заболеваний с высокой чувствительностью, а также концепцию нового проекта по созданию «графеновой татуировки-биолипучки» для непрерывного мониторинга здоровья. 

«Один из наших проектов посвящен предсказанию инфаркта миокарда на основе носимой графеновой татуировки, которая способна измерять одновременно артериальное давление и различные маркеры в поту, например кортизол. Это универсальная электронная платформа, основным элементом которой является графеновый транзистор.

Также мы работаем над технологическим предложением “умная повязка”. Это конкретная задача нашего индустриального партнера, которому необходимы дистанционные измерения процесса заживления ран для предупреждения развития воспалений, данные о которых можно было бы отправить врачу через мобильный телефон»,— прокомментировал учёный.

Также лаборатория занимается перспективными разработками в области интегральной биофотоники, сочетающей преимущества комбинации рекомбинантных белков и функциональными наноматериалами.

«Биотехнологии становятся основой для развития научно-технологических направлений: от передовых методов диагностики и терапии серьезных заболеваний и создания инновационных препаратов до сельского хозяйства и геномной инженерии. РНФ поддерживет фундаментальные и прикладные исследоваия, которые формируют задел для появления биотехнологических решений, способных отвечать на глобальные вызовы.

МФТИ уделяет данным направлениям большое внимание и остается одним из ведущих научных центров России. Здесь не только ведутся исследования мирового уровня, но и формируется новое поколение ученых, которые определяют развитие науки и технологий на годы вперед»,— отметила заместитель генерального директора РНФ Елена Попова по итогам визита.

Фото: Александра Курчавенкова / пресс-служба МФТИ