Лабораторная жизнь. Как Центр биомедицины и биотехнологий поможет ученым ТГУ?

Лаборатория нейробиологии НИИ ББ ТГУ — одна из 10-15 «коровых» лабораторий, которые войдут в Центр биомедицины и биотехнологий, создаваемый в Томске.

Что будет представлять собой этот кооперационный научно-образовательный проект, мы писали в интервью с его координатором Алексеем Сазоновым. Сегодня — о том, почему международная лаборатория ТГУ, работающая на передовой биотеха, с нетерпением ждет начала работы центра.

Лаборатория нейробиологии работает под руководством доктора биологических наук Марины Ходанович. В лаборатории всего 14 сотрудников, однако она известна во всем мире бионауки благодаря разработке новых методов исследования мозга in vivo.

Сейчас лаборатория располагается в нескольких помещениях НИИ биологии и биофизики ТГУ в Университетской роще, но в следующем году, как планируется, переедет в специально оборудованное здание Центра биомедицины и биотехнологий на улице Карла Маркса.

Основная область исследований лаборатории — нормальная работа центральной нервной системы человека и ее патологические состояния. Изучая особенности работы мозга после инсульта, сотрудники лаборатории выяснили: в сосудистой катастрофе страдают не только нейроны. Разрушается миелиновая оболочка аксонов, которая, как изоляция электрического провода, позволяет нервному импульсу идти в нужном направлении.

Научный консультант и руководитель нескольких научных проектов лаборатории — профессор Университета Вашингтона Василий Ярных — разработал новый метод МРТ для определения количества миелина в мозге. Если обычная МРТ позволяет определить локализацию и размер пораженной области мозга, то метод томских ученых — точно узнать степень утраты миелина и в зависимости от полученных данных назначить индивидуальное лечение.

Затем можно смотреть динамику восстановления миелиновых оболочек и корректировать терапию. Исследования были поддержаны грантами Российского научного фонда и госзаданием Минобрнауки. Метод валидирован на лабораторных животных, и эти результаты опубликованы в уважаемых зарубежных журналах: Scientific Reports и Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, и теперь ученые планируют приступать к клиническим испытаниям и получению патента на изобретение.

Новый метод помогает выявить утрату миелина не только при инсульте, но и вследствие других заболеваний. Например, рассеянного склероза. Это сложная для изучения болезнь, причины которой пока непонятны, возникает, чаще всего, у молодых людей, иногда даже детей. Поражающие мозг склеротические бляшки, по сути, — тоже демиелинизированые участки. Значит, при диагностике поражений, вызванных рассеянным склерозом, тоже может применяться метод биологов ТГУ.

— Сейчас склоняются к тому, что рассеянный склероз — это мультифакториальное заболевание, подобно раковым заболеваниям, — объясняет Анна Пищелко. — Но если некоторые виды рака уже научились генотипировать и лечить, то с рассеянным склерозом все гораздо сложнее. Генотипировать его не получается: выявлен ряд генов, которые могут участвовать в возникновении рассеянного склероза, но одного их присутствия недостаточно, должны включиться другие факторы: метаболические, внешние и даже социальные. Мы уже опробовали новый терапевтический подход к лечению РС на лабораторных мышах (статья в журнале Phytotherapy Research), и теперь, пытаясь понять механизмы заболеваний, решили перейти к молекулярным методам нейробиологии.

Чтобы искать все более эффективные способы реабилитации больных с инсультами и другими поражениями головного мозга, ученые изучают процесс нейрогенеза — появления новых нервных клеток. Коллега томских биологов доктор Анна Наумова из Университета Вашингтона и ведущий научный сотрудник лаборатории предложили способ обнаруживать молодые нервные клетки в живом организме на аппарате МРТ. Для этого клетки нужно пометить с помощью генетического вектора.

— Мы научились внедрять генетический вектор только в молодые нейроны и заставлять их экспрессировать белок ферритин. Это не просто депо полезного для организма железа, — особую ценность для диагностики представляет то, что железосодержащие молекулы можно видеть с помощью МРТ, — говорит Анна. — Предварительные гистологические данные нас удовлетворили, теперь, будем смотреть, как метод покажет себя в МРТ на лабораторных животных. Думаем, что он зарекомендует себя и в клинической практике, но в случае с человеком нужно будет подобрать другой генетический вектор, который можно будет внедрять внутривенно.

До начала клинических исследований необходимо провести еще ряд лабораторных тестов in vivo на крысах и мышах. Сложность в том, что в Томске нет томографа, который позволял бы получать изображения высокого разрешения, необходимого для исследований на грызунах; большие человеческие для этой цели не годятся. Единственный в Сибири аппарат МРТ для лабораторных животных находится в Новосибирске, и туда сотрудникам лаборатории нейробиологии во время проведения эксперимента приходится ездить по несколько раз в месяц почти полным составом.

— В марте сломался в Новосибирске томограф, и вся работа над проектами за Уралом встала, — жалуется Анна Пищелко. — Хорошо, у коллег свежие гранты, у них есть время подождать. А у нас уже второй год проекта, пройдено большинство исследований, осталось посмотреть, работает ли метод на МРТ. И мы ждем, когда там наладят томограф!

Отсутствие лабораторного томографа в Томске — не единственная проблема лаборатории. Современная нейробиология требует дорогостоящего оборудования, и приобрести все необходимое для маленькой лаборатории не в состоянии даже большой вуз.

Сами ученые признают, что это неэффективно — устанавливать оборудование в каждой лаборатории, проводить эксперименты и оставлять его бездействовать на долгие месяцы, пока идет интерпретация результатов либо работа над другой частью проекта.

Выход — создание Центра коллективного пользования биотехнологическим оборудованием, которое планируется в скором будущем. В нем будет собрана вся «молекулярная кухня»: инкубаторы для выращивания клеточных культур, приборы для ПЦР и секвенирования, техника для конфокальной и люминесцентной микроскопии, чистые боксы, само поддержание стерильных условий в которых требует от персонала определенных временных и финансовых затрат. В том числе обсуждается и приобретение магнитно-резонансного томографа для экспериментальных животных — второго за Уралом.

Кроме оборудования, рассматривается возможность того, что Центр коллективного пользования предоставит также программы для обработки данных (сами по себе недешевые) и услуги квалифицированного технического персонала. Это также позволит ученым использовать в своей деятельности методологические решения максимально высокого уровня.

Центр биомедицины и биотехнологий будет обеспечивать не только коллективный доступ к оборудованию, но и единое образовательное пространство. Здесь планируется создать «Школу инженерной биологии», межвузовскую магистерскую программу. Студенты смогут проходить практику в самых передовых лабораториях, а ученые — получать лучших практикантов, которые со временем могут стать их молодыми коллегами.

— Коллектив у нас маленький, и потребность в новых сотрудниках есть, — говорит Анна. — Нам нужны молодые ученые, нужны генетики. К нашему профессору Василию Леонидовичу Ярных валят валом зарубежные студенты, но в университете пока мы не можем открыть международную магистратуру. Зато, по задумке Алексея Сазонова, сможем брать магистрантов из нескольких университетов, привлекать преподавателей из-за рубежа, будучи в составе Центра биомедицины. Тогда появится возможность открытия и зарубежной магистратуры, так сказать — образование на экспорт.

Кроме обеспечения лабораторий научными кадрами, магистратура даст также дополнительные финансовые поступления. Также потребности лабораторий и частично самого Центра будут удовлетворяться за счет грантов и реализации коммерческих проектов. Но это уже дело для инжинирингового центра и предприятий-стартапов, а коровые лаборатории будут по-прежнему заниматься фундаментальной наукой.

— Это ценно для города, для научных лабораторий Томска, которые известны по всему миру. Создание такого центра коллективного пользования — выход томского биосайнса на более высокий уровень, это новый эволюционный виток, — уверена сотрудница лаборатории нейробиологии Анна Пищелко.

Коллеги согласны — запуска Центра биомедицины и биотехнологий здесь все очень ждут.

Текст: Катерина Кайгородова