Подсветить клетку

Биофотоника — область науки и техники, в которой свет используется для получения информации о биологических системах и воздействия на них. Как и многие другие передовые направления, она выросла на стыке наук в результате ряда технологических прорывов, связанных с источниками света и их использованием (новые типы лазеров, светодиоды разного спектра, оптоволоконная связь). «Эти технологии реально меняют жизнь каждого из нас. Оказалось, что фотоника может решать многие задачи в области медицины, так и возникло это научное направление»,— рассказал заведующий лабораторией оптики и динамики биологических систем физического факультета Новосибирского государственного университета Александр Москаленский.

Это подразделение было образовано в конце 2016 года и стало первой лабораторией, целенаправленно занимающейся биофотоникой в новосибирском Академгородке. Поначалу ее сотрудники решали исключительно фундаментальные задачи. Но со временем теоретические исследования стали тем фундаментом, на базе которого можно было решать и вполне прикладные задачи. Да и сама жизнь все больше подталкивала к такого рода проектам.

«Мы пришли к пониманию, если мы хотим, чтобы результаты нашей работы были кому-то нужны, нельзя сосредоточиваться только на публикациях в научных журналах. Потому что даже самые престижные научные журналы остаются в библиотеках, а хочется, чтобы разработки реально применялись»,— вспоминает ученый.

Одним из ведущих направлений прикладных исследований стала разработка различных приборов, сначала для собственной работы, а потом и более универсальных, востребованных в других лабораториях. В прошлом году коллектив лаборатории получил патент на измеритель бокового светорассеяния для клеточных культур — специальный прибор для дистанционного определения концентрации клеток в культуре. С его помощью можно, не вынимая флакон с культурой из инкубатора и не нарушая целостность образца, получать необходимые данные, например, в процессе тестирования новых лекарств. Есть у него и другие потенциальные области применения: на многих биотехнологических производствах важно следить за концентрацией микроорганизмов-продуцентов.

Другая разработка лаборатории — прибор для измерения люминесценции синглетного кислорода (одна из активных форм этого газа). Он пригодится, например, для фотодинамической онкотерапии, в ходе которой раковые клетки уничтожаются как раз активными формами кислорода, и с помощью подобного оборудования врачи смогут лучше контролировать процесс лечения.

В настоящее время в лаборатории успешно выполняется еще один проект медицинской направленности, основанный на методе активации тромбоцитов, разработанном в лаборатории. Тромбоциты — самые маленькие клетки крови, которые обеспечивают защиту организма от кровотечений, а также реагируют на повреждение сосудов. Оно вызывает образование веществ, которые переводят тромбоциты в активную форму. Тромбоциты резко изменяют свою форму и обретают способность склеиваться друг с другом и со стенкой сосуда, создавая тромб, который способствует остановке кровотечения. Но иногда такая активация происходит без повреждения сосуда, что ведет к тромбозам, инфарктам, инсультам и закупорке сосудов.

С помощью лазерных импульсов ученые НГУ активируют тромбоциты, а затем в режиме реального времени изучают, как протекает этот процесс в каждой отдельной клетке. Это довольно сложная задача, процесс активации занимает доли секунды, но методы биофотоники позволяют с ней справиться, причем с использованием различных веществ-активаторов. Результаты исследования позволят лучше понимать механизмы образования тромбов, а значит — контролировать этот процесс в клинической практике и для профилактики заболеваний.

В этом году ряд разработок лаборатории был отмечен премией правительства Новосибирской области. В их числе, помимо упомянутых выше проектов, создание веществ, преобразующих энергию света в биологические эффекты. «Одно из последних достижений — это соединение, выделяющее под действием красного света с длиной волны 670 нанометров оксид азота, важную биологическую молекулу, которая у нас в организме регулирует тонус сосудов, давление и многое другое»,— отметил Александр Москаленский.

Все эти исследования вполне соответствуют мировому научному уровню. Как и во многих других областях высоких технологий, наше отставание если и проявляется, то не в научных лабораториях, а на этапе промышленного внедрения. Но и тут не все так плохо, считают ученые. Спрос на такого рода приборы и технологии по мере их развития только растет, и часть его обеспечивается отечественными производителями. К примеру, наряду с китайскими светодиодами и детекторами света на рынке появляются аналоги российского производства, одно из предприятий, выпускающих эту продукцию, работает в Новосибирске.

Ученые НГУ уже сейчас ищут свое место на этом рынке. Тем же производителям светодиодов они готовы предложить совместные проекты по использованию их продукции для выпуска более сложных устройств с высокой добавочной стоимостью. А также запускают собственный стартап по выпуску приборов, измеряющих концентрацию клеток. Цель — обеспечить за счет продаж самофинансирование дальнейших исследований в этом направлении.

Большие надежды в лаборатории связывают с введением в строй объектов нового кампуса Новосибирского государственного университета, возводимого на средства национального проекта «Наука и университеты». Используя современную инфраструктуру, ученые планируют не просто расширить лабораторные площади, но и качественно улучшить условия для экспериментальной работы, что позволит запускать новые исследовательские проекты.

А параллельно в НГУ продолжают подготовку кадров в этой области. Каждый год в лабораторию приходят несколько новых студентов, выполняющих в качестве дипломной работы самостоятельные научные проекты. Одни после защиты остаются здесь, другие продолжают работать в этом направлении в других научных центрах, рассказал Александр Москаленский: «Пара ребят, продолжая учиться в магистратуре уже в московских вузах, делают сейчас интересный проект в Сколтехе». Впрочем, и тем, кто остается работать в Новосибирском университете, интересных проектов хватает.