Лаборатория на стыке наук и поколений

Как наладить совместную работу химиков и физиков на благо медицины, каким образом программа мегагрантов помогает путешествовать по России, как магнитное поле может влиять на биохимические процессы в человеческом организме и чем занимается созданная в рамках программы лаборатория дизайна бионаноматериалов, читайте в интервью Indicator.Ru с создателем лаборатории, профессором МГУ и Университета Северной Каролины Александром Кабановым.

Александр Кабанов, выпускник кафедры энзимологии химического факультета МГУ, начал заниматься проблемами доставки лекарств и наномедицины еще в СССР. В 1994 году он переехал работать в США. Спустя много лет, уже состоявшись в качестве американского профессора, Кабанов благодаря программе мегагрантов вернулся в свою альма-матер, чтобы совместить свои знания в области наномедицины и опыт кафедры в области ферментов для разработки новых лекарственных препаратов. В рамках первого открытого правительственного конкурса мегагрантов 2010-2012 годов, призванного привлечь в российские вузы ведущих ученых из-за рубежа, он создал лабораторию «Химический дизайн бионаноматериалов» на своем родном факультете.

Кроме того, еще в США он занялся темой применения магнитных полей в управлении биохимическими реакциями. Новая лаборатория занялась исследованиями и в этой области. Как итог, ученые разработали основы дистанционного воздействия на ферменты и клеточные структуры с помощью магнитных полей, которые могут быть использованы в следующих поколениях лекарств.

— Расскажите, пожалуйста, о достижениях вашей лаборатории.

— Имеет смысл говорить о нескольких. Сначала, используя наши американские наработки, мы научились получать нанозимы. Они представляют собой наночастицы с ядром из молекул активного белка-фермента, защищенные и связанные полианионом или поликатионом, в окружении полимерной «опушки». Последняя обеспечивает стабильность этого белка в кровотоке, предотвращает его агрегацию, защищает от воздействия различных «недружелюбных» веществ организма. Такая упаковка необходима, поскольку сам по себе фермент достаточно мал, быстро выводится из организма, проникает туда, куда не нужно, а также может вызвать тяжелую иммунную реакцию.

В Америке мы проводили работы с ферментами, расщепляющими активные формы кислорода (АФК), — супероксиддисмутазой и каталазой. АФК в клетках вырабатываются постоянно, однако при патологиях (инсульте, травмах головного и спинного мозга, болезни Паркинсона) их накапливается слишком много, и они приводят к дегенерации тканей. Нам удалось создать наночастицы с расщепляющими эти соединения ферментами, что стало нашим первым опытом применения нанозимов в терапии. Известно, что при ряде заболеваний нервной системы развивается воспаление и увеличивается проницаемость гематоэнцефалического барьера. Было показано, что наночастицы после путешествия по кровотоку накапливаются в местах заболевания, а в случае повреждения сосудов головного мозга при инсульте даже включаются в формирующиеся микротромбы. Заключенный в них фермент разрушает АФК, значительно снижая локальный окислительный стресс.

Другой подход к доставке нанозимов в проблемные области основан на использовании клеток иммунной системы организма. Так, при болезни Паркинсона происходит рекрутирование в ткани головного мозга моноцитов, в больших количествах вырабатывающих АФК, что вызывает губительный для нейронов окислительный стресс. Если же поместить внутрь этих иммунных клеток наши нанозимы, то можно заставить эти клетки нести лечение туда, где они же и вызывают воспаление!

В России вместе с академиком Владимиром Чехониным мы применили нанозимы, расщепляющие АФК, при контузионной травме спинного мозга. Результаты говорят о том, что наши частицы способны в значительной степени улучшить состояние пораженных тканей и в дальнейшем могут быть полезны при разработке методов лечения. Другое направление нашей московской лаборатории — использование стабильных нанозимов в форме глазных капель для терапии воспалительных заболеваний глаза, например, увеита. Этим занимаются мои коллеги по МГУ Наталья Клячко и Ольга Кост, и сейчас ведутся доклинические испытания.

Еще одна интересная работа получила большое освещение в прессе. На кафедре энзимологии занимаются ферментом органофосфатгидролазой, которая может расщеплять многие высокотоксичные пестициды и боевые отравляющие вещества. Этот фермент имеет бактериальное происхождение, из-за чего быстро выводится из организма и вызывает сильную иммунную реакцию. Мы показали, что его включение в состав нанозима позволяет решить эти проблемы и получить в результате эффективный препарат — не только антидот, но и превентивное защитное средство. Я считаю, что это хороший практический результат, поскольку он показывает принципиальную возможность использования этого подхода для защиты людей от отравляющих веществ при их военном применении, террористической атаке или случайной утечке пестицидов.

Важный результат также состоит в том, что мы начали активно заниматься магнитно-механическими воздействиями на биохимические процессы. Идея появилась еще в Америке: мы показали, что, иммобилизовав фермент на суперпарамагнитной наночастице, можно влиять на активность этого фермента с помощью переменного магнитного поля. Однако совершенно не понимали, как это происходит. Работа по мегагранту помогла это выяснить. Мы стали сотрудничать с Юрием Головиным, который объяснил физику наблюдаемого явления и разработал оборудование, необходимое для его изучения.

Оказалось, что в переменном магнитном поле сверхнизкой частоты суперпарамагнитные наночастицы начинают колебаться и таким образом воздействовать на окружение, в том числе и на фермент. Сначала мы научились выключать фермент, а затем и включать. Более того, на этом же принципе основан один из возможных подходов к лечению рака. Используя построенное в России оборудование, мы недавно обнаружили, что колебания наночастиц способны разрушать актиновый цитоскелет опухолевой клетки, не повреждая при этом более жесткий цитоскелет здоровой. Исследования в этой области стали расширяться. Первые наши установки были очень простыми и «самопальными», а сейчас они производятся малым предприятием в Тамбове, которое поставляет их не только нам, но и в ряд других лабораторий в России и за рубежом.

Параллельно с исследованиями мы проводили научно-образовательную работу в области наномедицины: читали курсы лекций, воспитывали новых сотрудников, да и вообще привлекали внимание ученых к современным проблемам доставки лекарств. Многие аспиранты и сотрудники московской лаборатории за эти годы побывали у меня в США, поработали в американской лаборатории, поучаствовали в интересных проектах, которые в России не ведутся, многому там научились и полученный опыт привезли домой.

— Обращаясь к основной идее программы… Сработала ли она в вашем случае? Вы стали больше времени проводить в России?

— Конечно, я стал чаще прилетать в Россию, поскольку по условиям должен был проводить здесь четыре месяца в год. Но даже не в этом дело. Я никогда не рвал связи с Россией, однако раньше я приезжал в частном порядке. Когда умер мой отец (Виктор Александрович Кабанов, советский и российский химик, академик АН, специалист по полимерам, — прим. Indicator.Ru), у меня было ощущение безумной пустоты… С одной стороны, я ощутил ответственность за маму и за опустевший дом, с другой стороны, у меня здесь не было никакой активной жизни. Мегагрант дал мне возможность качественно изменить содержание моего пребывания здесь. У меня появились ресурсы для научной работы в России, которую я должен осуществлять. Формировать и отстаивать какие-то позиции в российской науке.

Мегагрант также дал мне возможность путешествовать по России, чего я не успел сделать в молодости. Я начал читать лекции в российских университетах, и мне это очень понравилось. Молодежь совершенно замечательная. Приятно, что они впитывают твои слова как губка, что для них это действительно важно. Появилась еще одна интересная часть моей жизни — участие в «мегагрантском движении». С первых дней этой программы мы объединялись с другими мегагрантниками для решения разных важных проблем, и у меня возникло неповторимое чувство принадлежности к целому поколению ученых-соотечественников, разбросанных по всему миру, но объединенных общей культурой и любовью к своей родине.

— Как вы решили участвовать в программе мегагрантов?

— После смерти отца, с которым мы взаимодействовали после моего отъезда из России, мы стали сотрудничать с Натальей Клячко, и однажды она предложила мне поучаствовать. Тогда основное условие — проводить в России не менее четырех месяцев в год — показалось невыполнимым, но меня очень поддержали проректоры моего американского университета и МГУ, и в последний момент я подал заявку, которую написал за два дня. Я ни на что не надеялся, поскольку на восемьдесят мегагрантов претендовало свыше пятисот коллективов.

Забавный случай произошел во время моей поездки в Китай. Там я встретил нобелевского лауреата по химии Жан-Мари Лена, который когда-то помог в начале моей карьеры на Западе. Я посетовал ему, что в отличие от Китая Россия не слишком приспособлена для привлечения ученых из-за рубежа. Он сказал, что скоро это изменится. Я ему не поверил, но в тот же вечер узнал, что стал одним из обладателей мегагранта.

— Где вы работаете за рубежом?

— У меня одна лаборатория, в Университете Северной Каролины в городе Чапел Хилл, где мы занимаемся доставкой лекарств для лечения рака и заболеваний центральной нервной системы. Я также руковожу в этом университете Институтом наномедицины и Центром нанотехнологий для доставки лекарств в Школе фармацевтики имени Эшельмана. Сейчас в рейтинге всех американских фармацевтических факультетов наша школа на первом месте.

— Как изменилась жизнь вашей российской лаборатории после окончания мегагранта?

— Нам повезло. Сначала мы получили финансирование в рамках создания центра Сколтеха. Потом Наталья Клячко получила грант Российского научного фонда, а также определенную сумму для доклинических исследований препарата нанозима. Недавно наша российская и американская лаборатории получили совместный грант Российского фонда фундаментальных исследований и Национального института рака США (National Cancer Institute). Это позволяет продолжать работу в России. Вместе с тем, вопрос продолжения работы один из самых сложных для всей мегагрантской программы в целом. Когда мегагрантники подают заявку на получение новых грантов, часто к ним предвзятое отношение со стороны российских коллег. Поэтому нужен системный подход к поддержке успешных постмегагрантских лабораторий, конечно, на конкурсной основе. Такие лаборатории могут и должны продолжать приносить пользу.

— И в завершение пару слов об общем впечатлении от программы мегагрантов?

— Идея программы — привлечь ведущих ученых, чтобы развить исследования в тех современных областях, которые в России не развивались или которые сильно отстали, но нужны, — очень правильная и светлая. Это восстанавливает связь поколений, это усиливает тех, кто остался в России, и дает им международную поддержку, это помогает набрать необходимую критическую массу не только в области конкретных исследований, но и в области свободы научного творчества и мысли в целом.

Автор: Анна Солдатенко

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.