Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Постнаука. Где рождается наукоемкий бизнес. Выпуск 1

Ключевые слова:  ГемаКор, Гемостаз, Диагностика, Инновации, Наукоемкий бизнес, Постнаука, Свертывание крови

Автор(ы): Постнаука

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

03 октября 2014

В проекте «Где рождается наукоемкий бизнес?» ученые в своих лабораториях рассказывают о перспективных исследованиях, разработках и их технологическом применении в различных сферах бизнеса. В этом выпуске проходит беседа с доктором физико-математических наук, профессором кафедры медицинской физики физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, заведующим лабораторией клеточного гемостаза и тромбоза Центра детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Д. Рогачева Михаилом Пантелеевым.

Я окончил физфак МГУ, кафедру биофизики. Долго колебался между кафедрами, но в какой-то момент осознал, что мне интересна не столько физика, сколько наука о жизни — биофизика. Возиться с живыми объектами оказалось намного привлекательнее.

О лаборатории

Сначала я был теоретиком, разрабатывал математические модели системы свертывания крови. А потом Евгений Саенко, профессор университета Мэриленда, предложил приехать к нему в Америку и проверить предсказания модели. Это было в период аспирантуры, и там я начал осваивать экспериментальную деятельность. Проблемы, которые нас интересовали, оказались связаны с мембранными реакциями — реакциями, которые идут не в самой плазме крови, а на поверхности клеток крови — тромбоцитов.

Моя докторская диссертация, которую я защищал в 2010 году, содержала уже не только теорию, но и эксперимент, плазменное свертывание и тромбоциты. Незадолго до защиты диссертации я выиграл грант по программе «Молекулярно-клеточная биология». Это очень интересная программа грантов в Российской академии наук под руководством академика Григорьева, которая направлена на создание новых лабораторий.

Так что в 2008 году я получил свою первую лабораторию, которую до сих пор возглавляю. Это лаборатория молекулярных механизмов гемостаза в Центре теоретических проблем фармакологии РАН. Кроме того, в прошлом году я получил предложение возглавить вновь создаваемую лабораторию клеточного гемостаза и тромбоза в Центре детской гематологии, и это место для меня теперь является главной экспериментальной базой.

Михаил Пантелеев: «Мы до сих пор не знаем, как образуются тромбы»

О системе гемостаза

У нас несколько главных интересов. Первое направление, которое мы ведем совместно с Фазли Атауллахановым и еще с несколькими командами по миру, — это динамика сложных систем. Данное направление посвящено исследованию устройства биологических систем в целом и их регуляции. Система гемостаза здесь является великолепным стартовым материалом, потому что если посмотреть на нее с точки зрения биохимика, то она является гиперсложной.

Например, само по себе свертывание крови, процесс, обеспечивающий локальное желирование крови в месте повреждения, представляет собой каскад, в который входит 60–70 белков и 200–300 реакций, среди которых есть одна осмысленная, или одна легко понятная — как раз та, которая обеспечивает желирование, а остальные реакции — регуляторные, которые обеспечивают управление этим процессом.

И если мы не будем понимать, как этот процесс управляется во времени и пространстве, то мы оказываемся в положении дикаря с топором перед ноутбуком. Мы можем его сломать, можем ударить по кнопкам так, чтобы он что-то выдал, но нормально управлять не можем.

Тромбоцитарный гемостаз — вторая часть процесса остановки кровотечения, связанная с агрегацией специальных клеток-тромбоцитов, — представляет собой еще более сложную систему, потому что тромбоцит — это полноценная клетка, у него уже тысячи белков, и процессы сигнализации внутри тромбоцита, которые запускаются десятком разных рецепторов, взаимодействуют друг с другом и выдают несколько разных ответов, по которым тромбоцит принимает решение, прикрепляться ему или не прикрепляться, переходить в один вариант или в другой. Это сложнейшая задача с точки зрения управления, и экспериментально ее тоже намного сложнее исследовать.

Михаил Пантелеев: «Мы до сих пор не знаем, как образуются тромбы»

О формировании тромбов

Среди результатов, которые были достигнуты, на первое место я бы поставил работу, посвященную устройству прокоагулянтных тромбоцитов, по которой в прошлом году у нас вышла публикация в Journal of Biological Chemistry.

Дело в том, что тромбоциты при активации делятся на несколько субпопуляций с радикально различающимися свойствами. И ученые очень долго спорили о существовании этих субпопуляций, о том, в каких ситуациях они образуются.

Изначально эти субпопуляции обнаруживали благодаря тому, что тромбоциты, входящие в открытую субпопуляцию, были покрыты слоем белков. В английском языке использовался термин coat — «шуба». И сами эти тромбоциты на русском языке называют «укутанными». Субпопуляция таких тромбоцитов отличалась тем, что, с одной стороны, они были скорее мертвыми, в них прекратились процессы метаболизма, с другой стороны, на их поверхности была плотная шуба из белков, которые секретировали тромбоциты.

Вплоть до самого последнего момента было совершенно неясно, зачем эти мертвые тромбоциты нужны. На их поверхности нет нормальных рецепторов для агрегации. Они могут очень сильно ускорять мембранные реакции свертывания, но зачем это нужно, если они не могут встроиться в агрегат нормальных тромбоцитов?

Мы это активно исследовали начиная с 2004 года. И та работа, которая у нас вышла в сотрудничестве с французскими учеными, в значительной степени перевернула эту область.

Это был цикл из двух работ. Первая работа, которая в основном делалась Аленой Якименко, показала, что у этих тромбоцитов уникальный механизм агрегации. Он отличается от того, что знали о них раньше. Эти тромбоциты не могут агрегировать между собой, но могут прикрепляться к обычным тромбоцитам. Это что-то вроде защитного механизма. Сами по себе они не допускают формирования тромбов и агрегатов.

Второй момент, который мы открыли в последней работе, — что все белки, формирующие эту шубу, находятся в одной небольшой области на поверхности тромбоцита — яркой выпуклой точке, которую мы, естественно, назвали шапкой. Это было сделано с помощью конфокального микроскопа. Только он позволил достаточно детально изучить структуру тромбоцита, чтобы это обнаружить.

И скорее всего, именно через эту шапку, всего через одну точку на своей поверхности, эти тромбоциты могут встраиваться в тромбы.

Это позволяет пересмотреть то, как вообще формируются тромбы, потому что роль этих тромбоцитов в формировании тромбов была загадочной. С одной стороны, по клиническим данным она очень важна. А с другой стороны, что они делают и зачем — непонятно. И это позволило нам высказать гипотезы, которые мы сейчас активно проверяем. Похоже, что эти тромбоциты действительно играют решающую роль, совсем не такую, как можно было бы предположить. И именно для этой роли нужно их такое хитрое встраивание в тромб.

О модульном анализе системы свертывания крови

Второй пример того, что было получено в нашей команде по итогам как минимум десяти лет исследований, — это модульный анализ системы свертывания крови. В этом результате есть две составляющие. Во-первых, мы разработали методологию работы с такими системами. Методологию, которую можно применять к самым разным сложным биологическим системам.

И во-вторых, мы ее успешно применили к свертыванию крови. Для этой системы, наверное, первой из подобных систем у млекопитающих, мы сумели провести детальный модульный анализ. Нам удалось разобрать ее на блоки, поняв, какой блок за что отвечает: один блок отвечает за пороговость ответа системы, за то, что система работает в режиме «все или ничего»; другой блок обеспечивает распространение системы в пространстве, чтобы она быстро, эффективно перекрывала всю рану и делала это максимально надежно; еще один блок тормозит эту систему, то есть выключает распространение, когда процесс доходит до здоровой ткани; дополнительный блок регулирует зависимость от потока, это отдельная биохимия, которую вообще нельзя понять, если не принимать во внимание, что это происходит в присутствии потока крови, это блок реакций, который включается в потоке.

Помимо того, что благодаря этому методу можно понимать разные системы, есть два направления, которые за этим немедленно следуют, — диагностика и терапия. При диагностике, видя какие-то нарушения, мы можем предположить, что их вызвало. И наоборот, если у нас есть молекулярные представления о том, какие у человека нарушения, мы можем воздействовать целенаправленно. Лекарственные препараты воздействуют на разные стадии процесса свертывания, на разные блоки в этой сложной сети. И если мы будем полностью понимать, как она работает, мы сможем делать избирательные препараты, которые будут корректировать нарушение, но не перекашивать систему в другую сторону.

Сейчас практически все препараты, которые используются для лечения тромбоза, влияют и на гемостаз. То есть человек пьет препараты, которые подавляют формирование тромбов, и у него, как правило, нарушается нормальное свертывание и возникает риск кровотечений.

А если человек использует препараты, которые улучшают свертывание, у него повышается риск тромбозов. И нельзя эту систему просто так исправить. Можно только грубо ее толкнуть в ту или иную сторону. Естественно, что дальше врач вынужден думать, чем ему рисковать: кровоизлиянием в мозг или тромбозом в легочной артерии.

Михаил Пантелеев: «Мы до сих пор не знаем, как образуются тромбы»

О приборе для теста «Тромбодинамика»

На протяжении последних 15 лет параллельно с теоретической разработкой мы занимались внедрением модульного анализа в практику. Несколько лет назад при поддержке «Роснано» нашему коллективу под руководством Фазли это удалось. Мы создали компанию «ГемаКор», которая уже под популярным названием «Тромбодинамика» сейчас производит и поддерживает метод, направленный на диагностику нарушений свертывания крови. В этом методе мы используем нанопокрытие белка тканевого фактора, который запускает процесс свертывания. Принципиальная идея этого метода в разнесении в пространстве различных фаз: фазы запуска, роста и остановки роста фибринового сгустка, — то, что обычные тесты делать не позволяют.

Наш метод обладает высокой чувствительностью, он позволяет проследить влияние разных лекарственных препаратов на отдельные фазы процессов свертывания. Три года назад к нам обращалась компания «Аркемикс», занимающаяся разработкой лекарственных препаратов, чтобы с нашей помощью опробовать один из тестовых препаратов. По результатам у нас вышли две совместных статьи, которые показывали особенности работы этого препарата, как его можно или нельзя комбинировать с другими средствами.

В прошлом году созданный нами прибор для диагностики нарушения свертывания крови методом тромбодинамики уже поступил в открытую продажу и сейчас уже стоит в разных местах. Пока он не вышел на стадию самоокупаемости, так как «Роснано» вложило примерно полмиллиарда рублей в этот проект, и нужно продать много приборов, чтобы компенсировать эти расходы.

Тем не менее интерес к прибору в России и за рубежом очень большой. Он стоит в разных испытательных вариантах в Америке, Франции и еще в нескольких точках, с которыми мы ведем научное сотрудничество. Первые образцы уже продаются в Англии, Голландии и других странах. По России он сейчас стоит в ряде крупнейших лабораторий, занимающихся гемостазом или клиническими вопросами, которые могут немедленно вести к сложностям, к гемостазу. Например, в Институте Склифосовского и в других местах.

О методе исследования сложных систем

Сейчас к нашей деятельности по тромбодинамике присоединился фонд «Сколково», который поддержал дальнейшее развитие этого метода, чтобы он стал еще более чувствительным и включал в себя также и нарушения тромбоцитов. Собственно, с научной точки зрения этот метод разработан, он позволяет определить активность белка в пространстве и времени. Если тромбодинамика в каком-то смысле просто смотрела на светорассеяние, то, что можно видеть глазом, то активность белка — это то, что глазом не видно. Поэтому там используется флуорогенный субстрат — молекула, которая расщепляется активным ферментом, генерируется активная светящаяся метка, а потом с помощью так называемых математических методов работы с обратными задачами из распределения метки восстанавливается распределение фермента.

Это достаточно сложный и интересный метод, мы много лет добивались его принципиальной реализации. Сейчас у нас научный прибор, и одна из ближайших задач — превратить его в коммерческий, или, более строго, в клинический, чтобы с ним мог работать лаборант в обычной лаборатории, а врач мог бы интерпретировать результаты.

В фундаментальных исследованиях главное, с чем мы сражаемся, — это разработка метода исследования сложных систем. Потому что система свертывания крови в каком-то смысле хорошая система. Несмотря на всю ее сложность, в ней известны все белки, в ней известны почти все реакции. Для каждой реакции известна более или менее ее скорость.

Другие системы, например сигнальные системы внутри тромбоцитов, — это тысячи реакций, о сотнях из которых мы не имеем представления, и все это тоже динамические системы, работающие в пространстве и времени. Изучать их крайне сложно.

Михаил Пантелеев: «Мы до сих пор не знаем, как образуются тромбы»

Наша главная фундаментальная задача в области гемостаза, как ни банально это звучит, — понять, как он работает. Потому что, несмотря на весь прогресс за последние годы, несмотря на то, что для одной части гемостаза, системы свертывания, мы смогли провести модульный анализ, мы до сих пор не знаем, как образуются тромбы. Например, никто сейчас не скажет, почему тромбы не растут до бесконечности, а вырастают только до определенного размера. У ученых, которые этим занимаются, сейчас есть 5–6 гипотез. Все сильно противоречат друг другу, и экспериментальные данные тоже противоречивы. Так что понимание принципов регуляции формирования тромбов, гемостатических сгустков и понимание того, как этим управлять, — это та главная цель, которая стоит перед нашей командой.


В статье использованы материалы: Постнаука


Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Гигантские икринки
Гигантские икринки

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.