Регенерация клеток организма – биотехнологии в медицине на службе у человечества. И.И.Селезнёва.

Регенерация клеток организма. Межклеточный матрикс. 3D биопринтер...

Интервью с кандидатом физико-математических наук, заведующей лабораторией роста клеток и тканей Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской Академии наук Ириной Ивановной Селезнёвой о регенерации клеток организма, межклеточном матриксе и многом другом.

Захар Кравченко, участник МОД «АЛЛАТРА»: Добрый день, дорогие друзья! Мы рады приветствовать вас на канале АЛЛАТРА ТВ в прямом эфире «Наука в Созидательном обществе». Сегодня у нас в гостях Ирина Ивановна Селезнёва, кандидат физико-математических наук, заведующая лабораторией роста клеток и тканей Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской Академии наук. Добрый день, Ирина Ивановна!

Также у нас сегодня в программе участники Международного общественного движения «АЛЛАТРА» — Владимир, Алёна и Светлана (Светлана: И Захар). Здравствуйте ещё раз! Мы приветствуем Вас на канале АЛЛАТРА ТВ!

Светлана Шиливская, участница МОД «АЛЛАТРА»: Очень радостно видеть Вас сегодня. Наш эфир переводится участниками Международного общественного движения «АЛЛАТРА» на четыре языка: английский, французский, румынский и украинский. Мы поговорим с Ириной Ивановной на тему «Разработка новых биоматериалов и биомедицинских технологий», а также о том, какой будет наука в Созидательном обществе и как могут биотехнологии служить всему человечеству. Приглашаем наших телезрителей писать свои вопросы в комментариях, и в конце нашей передачи мы сможем их задать Ирине Ивановне.

Захар: Мы знаем, что Вы работаете в интересной области науки — это теоретическая и экспериментальная биофизика. Расскажите, пожалуйста, нашим зрителям, почему Вы выбрали специальность, связанную именно с этой областью науки?

Ирина Ивановна Селезнёва, кандидат физико-математических наук, заведующая лабораторией роста клеток и тканей Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской Академии наук: Получилось так, что физика, химия и математика мне были одинаково интересны, и хотелось, чтобы моя жизнь была связана с решением тех задач, которые находятся на стыке наук. Я поступила (тогда это был второй набор) в Московский физико-технический институт на факультет физико-химической биологии, где, собственно, нас учили физике, химии, биологии и математике. В общем, я счастливый человек — мне удалось реализовать свою мечту. После окончания МФТИ я работаю в Институте теоретической экспериментальной биофизики и занимаюсь разработкой биоматериалов и биомедицинских технологий, направленных на реализацию собственных восстановительных возможностей организма, на создание биоматериалов (в том числе наноматериалов) и разработку конструкций для замещения тканей, утраченных в результате травм или болезней. Надо сказать, что в нашей лаборатории работают сотрудники с базовым и медицинским образованием, химики, физики, биологи и математики. Всем находится дело в нашем институте и в лаборатории. Вот это наш коллектив — достаточно молодёжный. Спасибо.

Светлана: Спасибо большое!

Захар: Огромное Вам спасибо! Мы передаем привет Вашему коллективу!

Светлана: Следующий вопрос. При нашей первой встрече Вы говорили, что физика лежит в основе всех наук. Почему Вы так думаете? Расскажите, пожалуйста, об этом, исходя из своего научного опыта.

Ирина Ивановна: Я всегда считала и до сих пор считаю, что физика — главная наука хотя бы потому, что мы состоим из молекул, молекулы — из атомов. Все реакции, все свойства веществ зависят именно от их физических взаимодействий. Всё можно описать в виде потенциалов, энергий, токов. Изучая эти элементы, математики могут спрогнозировать структуру молекулы: пройдёт процесс или не пройдёт. Сейчас есть целая область разработки фармпрепаратов с предварительным расчётом, согласно физическим представлениям о молекулах. Соответственно, мы как разработчики биоматериалов испытываем и определяем при помощи физических методов состав материалов и их свойства (типа смачиваемости), которые очень важны для определения свойств имплантатов. В общем, биофизика — это, пожалуй, квинтэссенция наук. Это то, чем занимаются в Институте биофизики, это работа на стыке, как я уже сказала, с использованием всех методов, но прежде всего физических законов.

Владимир Подаруев, участник МОД «АЛЛАТРА»: Спасибо, Ирина Ивановна! Вы уже перечислили направления деятельности Вашей лаборатории. И чтобы зрителям было проще погрузиться в тему, мы хотели бы начать с более простого, что известно каждому с детства или с курса школьной биологии.
Известно, что ящерица способна отбрасывать хвост, и затем он заново отрастает. А если дождевого червя разделить пополам, то через некоторое время образуются две полноценные особи. То есть мы наблюдаем регенерацию в природе. Поделитесь, пожалуйста, что Вам известно на сегодняшний день о механизмах регенерации? Каковы перспективы регенеративной медицины?

Ирина Ивановна Селезнёва: Все мы завидуем ящерицам, которые могут отращивать хвосты; планариям, которые, будучи разобраны на тысячу кусочков, могут полностью восстановиться. В основе этих механизмов лежат свойства стволовых клеток, все, наверное, слышали об этом. У планарии их более 90 %. У нас тоже есть стволовые клетки.

Мы начинаемся все с бластоцисты — это группа клеток внутренней клеточной массы, их порядка сотни. Из них потом, как из ствола дерева, вырастают ветки. Клетки дифференцируются, то есть специализируются в разные ткани. Но на конце каждой веточки остаются региональные клетки, соматические клетки, которые и дают возможность нашему организму обновляться.

Это и клетки кожи, и клетки кишечного эпителия, которые очень активно обновляются. И надо отметить, даже нервные клетки, вопреки бытующим ранее представлениям, тоже имеют свои источники восстановления.

Этих клеток очень мало. Они живут в определённых местах организма, так называемых нишах стволовых клеток, где поддерживается их специфическое стволовое состояние. У кожи, например, это клетки, сидящие на ламеллярной мембране. Стоит только клетке выйти из этого состояния, из ниши, она начинает дифференцироваться и образуются многорядные слои кератиноцитов — это то, из чего состоит кожа. То же можно сказать и про волосы, про кишечник и про многие другие ткани.

В регенеративной медицине используются собственные клетки пациента. Все мы слышали про клетки, выделенные из костного мозга. Этот метод давно используется в клинике, когда лечат, к примеру, онкологических больных. Но у нас есть ещё источники. Слизистая оболочка носоглотки — это как раз источник нервных клеток. Жировая ткань, с которой никому не жаль расстаться, является источником так называемых мезенхимальных клеток, из которых потом можно вырастить достаточно большое количество разных тканей. Есть и специфические источники: плацента, пуповина, — но они доступны только для новорожденных.
Проблема в том, что, для того чтобы вылечить человека, нужно много клеток (это исчисляется миллионами и более), а в организме их мало. Поэтому есть клеточные технологии, когда клетки культивируют в условиях in vitro и наращивают большое их количество. Сейчас, к сожалению, у нас в стране, да и во многих странах за рубежом, очень строгое законодательство, не хватает подзаконных актов, поэтому применять эти технологии сложно. Чаще медики используют источник клеток целиком, без культивирования. Например, костный мозг, который взяли и переносят в организм.

Учёный Синья Яманака получил Нобелевскую премию за создание технологии так называемых индуцированных клеток. Берут клетки взрослого человека, например, клетки кожи (кусочек можно отдать), после чего при помощи так называемых вирусных векторов — системы, которые встраивают геном четыре гена, которые присущи стволовым клеткам, встраиваются в ваш геном и клетки становятся стволовыми. Их можно нарастить. Стволовые клетки не имеют предела деления, их можно нарастить много, в отличие от дифференцированных, и ввести в организм. На слайде показано, как вводятся эти четыре гена.

Эта технология тоже несёт за собой опасность, потому что при применении стволовых клеток может получиться всё, включая и опухоль..

Это мышки, которые лишены собственного иммунитета. Им впрыскивают стволовые клетки, и вы видите, какие огромные опухоли могут образоваться. Сейчас ведутся разработки, чтобы сделать не стволовые клетки, а сразу же специализированные клетки, то есть те, которые можно поместить, к примеру, в сердце и быть уверенным, что будут кардиомиоциты, а не костная ткань (что было бы очень неприятно) и ни в коем случае не опухоль. Поэтому, я думаю, следующая Нобелевская премия будет за что-то подобное.

Елена Лисовец, Санкт-Петербург, Россия: Ирина Ивановна, среди Ваших исследований есть разработки новых материалов, способных замещать костную ткань (пористая керамика), и материалов, стимулирующих образование костной или других тканей. Расскажите, пожалуйста, какими свойствами должны обладать эти материалы, чтобы хорошо выполнять свои функции. Насколько сложны технологии их получения, и возможно ли наладить массовое производство, чтобы это стало доступно всем?

Ирина Ивановна Селезнёва: У меня тут «рояль в кустах...» Следующий слайд, пожалуйста.

Костная ткань — характерный пример для демонстраций собственных восстановительных возможностей пациента. Кость при нормальном обмене веществ подвергается непрерывной реорганизации. Есть клетки остеобласты, которые строят кость, есть остеокласты, которые её резорбируют. В результате кость всё время подстраивает свою структуру под окружающие обстоятельства.

Мы все знаем, что в случае перелома у нас организм сам залечивает костную ткань. Для этого есть источник клеток — это клетки костного мозга, стволовые клетки. Соответственно, что происходит? Образуется сначала сгусток крови в месте разломов, который выходит в клетки, они в этом сгустке крови, как заплатка между двумя костными надломками, начинают дифференцироваться из стволовых клеток в остеобласты и потихоньку формируют коллагеновые волокна, на которых образуются соединения кальция — происходит кальцификация и строятся остеоны.

Есть такой метод, все, наверное, слышали про аппарат Илизарова. Гавриил Абрамович Илизаров — первый, кто предложил пользоваться собственными регенераторными свойствами.

Это когда при значительных участках повреждения костной ткани сначала производят компрессию (это сдвижение обломков) — ткань рушится, из обломков костной ткани выходят не только клетки крови, но и вещества, которые стимулируют в костной мозоли дифференцировку стволовых клеток в остеогенном направлении. После компрессии начинают раздвигать кость по миллиметру в день. Каждый раз при этом ткань рушится, выходят новые клетки из кровяного русла, и так наращиваются участки по десять, а то и пятнадцать сантиметров, что очень интересно. Это схоже с тем самым хвостом у ящерицы.

Если говорить о материалах, то следует отметить, что это как раз и есть тема нашей работы — тканевая инженерия, то, чем мы занимаемся в лаборатории. На картинке показано, как формируют простенький эквивалент кожи — искусственную кожу.

Это коллагеновый гель, внутри которого находятся клетки-фибробласты. Это клетки соединительной ткани, которые как раз строят волокна, и, главное, они продуцируют такие факторы, которые способствуют росту кератиноцитов. Это клетки кожи, которые наслаиваются поверх этого геля. И таким лоскутом можно закрывать достаточно обширные дефекты, например, ожоги (обжигается большая часть тела). Что обычно происходит в этой ситуации? Маленький ожог — клетки кожи могут сами мигрировать в область раны, и рана затянется. Большая площадь ожогов — в клинике берут лоскуты, к примеру, с кожи ягодиц, её перфорируют, то есть растягивают сеточки, накладывают в качестве источника кожных клеток.

А если уж совсем беда, то используется вариант, когда из собственных клеток пациента или даже из клеток донора формируются такие эквиваленты и ими накрывается рана. Таким образом, появляется источник для восстановления собственной ткани.

Это другой подход. Тоже называется искусственный заменитель кожи, или искусственная кожа. Это синтетические плёночные материалы. Естественно, они не имеют ничего общего со строением кожи, кроме одного: они выполняют её функцию. Какую функцию? Закрывают рану.

Когда вы в детстве расшибли коленку, первым делом появляется что? Сигнал у организма — опасность. Идёт испарение жидкости, организм мобилизует всё. Как в костной мозоли, образуется болячка, от которой опять-таки у организма сигнал, что не всё нормально, проницаемость другая, чем у кожи, нужно быстрее репарировать. Туда со всех сторон бросаются те самые фибробласты и интенсивно синтезируют коллаген. Этот коллаген является причиной рубцовой ткани после обширных поражений: ожогов и прочего. У детей рубцовая ткань рассасывается, потому что так же, как и с костью, есть специальные ферменты, которые разрушают коллаген, есть клетки, которые его синтезируют. Но в протяжённых дефектах рубцы являются большой проблемой. А заменители накрывают кожу. В результате паро- и газопроницаемость нормальная, микробы туда не поступают, у организма нет сигнала, что нужно срочно штопать. А из этих плёнок поступают вещества, которые способствуют миграции клеток, и этот ремонт происходит не в аварийном, а в плановом порядке, хотя это всё получается гораздо быстрее, чем было бы во время аварии.

Это разработка нашей лаборатории. У нас есть биоматериалы на основе синтетических и природных полимеров — полисахаридов. Это тоже, своего рода, нанотехнология (хотя и разработано давно, ещё в девяностые годы), то есть материал, в котором смешиваются природные и синтетические полимеры, образуется плёночка.

Вот как она выглядит. Наш заведующий лабораторией, Гаврилюк Борис Карпович (к сожалению, он умер), получил государственную премию за эту разработку. В общем, из плёнки выходят те самые полисахариды, которые стимулируют рост клеток и связывают, если, не дай бог, туда попали бактерии. И, соответственно, врач может через такую плёнку, которая стала прозрачной, наблюдать за тем, как лечится рана, и даже наносить какие-то медикаменты прямо снаружи. Вот такая искусственная плёнка — биокол.

Этот слайд показывает, что какая бы хорошая ни была тканевая инженерия, но думать, что смешав клетки в пробирке мы получим кость — нельзя. Для того чтобы получить фрагмент костной ткани, нужен матрикс (основа), к которому предъявляются свои требования. Это должна быть открытая, взаимопроникающая система пор. При этом, для того, чтобы клетки могли продвигаться внутри матрикса, это должны быть поры от 100 до 500 микрон. Если говорить о прорастании сосудиков, то это от 20 до 80 микрометров. Поэтому такая сложная структура: плюс клетки, плюс сигнальные молекулы. Всё смешивается и в культуре получается фрагмент ткани, которой мы можем нарастить и вставить в организм там, где это нужно, где это утрачено. И клетки не только костной ткани, но и клетки сосудов, то есть васкуляризация — формирование новых кровеносных сосудов внутри ткани. Нужно, чтобы сформировались сосудики, чтобы приносились питательные вещества, уносились продукты обмена, чтобы ткань нормально функционировала.

Следующая картинка показывает то же самое, но прибавляется ещё один фактор. Для кости нужны механические нагрузки, чтобы клетки-остеобласты синтезировали матрикс. Вы все знаете, что там, где нет нагрузок (к примеру, люди, которые долго лежат, или космонавты в космосе), происходит уменьшение кальцификации кости, она разрушается (остеопороз), потому что остеобласты теряют активность, а остеокласты продолжают есть и разрушать костную ткань.

Поэтому очень важно, чтобы был матрикс. При этом есть понятие «современный подход» к созданию вот таких материалов: они должны в начальный момент не только обеспечивать рост клеток, функционирование, прорастание сосудов, но и должны быть биорезорбируемыми. То есть в процессе врастания клеток они должны замещаться собственной тканью, потому что кусочки гидроксиапатита или другие материалы, замурованные в костную ткань, меняют её механические свойства. Поэтому важно согласовать так, чтобы замещение костной ткани и рост костной ткани были приблизительно одинаковы по времени. Этот достаточно сложный вопрос сейчас является предметом исследования: в клинике используется много уже внедрённых материалов, но идеального материала нет. Поэтому сейчас очень многие группы в мире и в нашей стране работают над созданием композиционных, композитных материалов. Я показывала плёнки с раневыми покрытиями, где были биодеградируемые полимеры. На кожу накладывается плёнка, в процессе заживления она отскакивает (как блин отскакивает от тефлоновой сковородки), рана в результате не тревожится, нет того эффекта, когда срывают бинт с той же болячки. Так и здесь: материал должен уйти, не травмируя ничего, замещаясь, а в идеале — чтобы продукты деградации этого материала (например, продукты деградации коллагеновой губки), могли использоваться на месте для синтеза собственной ткани собственного коллагена. Это идеальные условия.

По поводу возможностей: сейчас компьютерные технологии и физика дают уникальную возможность получения ткани любой конструкции. На слайде есть картинка биопсии кости человека (в верхнем левом углу). Все остальные материалы, которые вставляются, — синтетические, это биодеградируемые материалы:

• первое — биоактивное стекло, его изобрёл американский учёный Ларри Хенч и получил за него премию;
• гидроксиапатит — очень известный материал, который входит в состав собственной костной ткани. Чтобы регулировать скорость его резорбции, сейчас просто варьируют, добавляя другие фазы фосфатов, — гидроксиапатит очень слабо резорбируем;
• полилактид — это полимолочная кислота. Мы её тоже производим, как продукт метаболизма. А есть бактерии, которые производят этот полимер, и на основе него можно с использованием 3D-принтера под управлением компьютера слой за слоем воспроизвести ту форму и ту структуру, которые нужны для имплантационного материала.

Эта установка для 3D-печати материалов находится в Троицке в Институте проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАН. Там методом лазерного спекания слой за слоем из полилактида можно напечатать такой вот череп, к примеру. Были случаи, когда у людей в результате онкологического заболевания приходилось удалять челюсть. Если перед удалением делали компьютерную томографию и после этого вставляли материал, насыщенный собственными клетками, — теми мезенхимальными стволовыми, взятыми из подвздошной кости — то в течение полугода - девяти месяцев эта челюсть приживается. Потом в неё имплантируются импланты — зубы, и у человека появляется возможность нормально жить, питаться, говорить, улыбаться наконец. Вы сами понимаете, как это важно.

На этом слайде показана тоже технология печати, я говорю по поводу физиков. Это лазерные технологии — двухфотонная полимеризация, когда из полимера можно сделать мягкие заготовки. Мы ранее говорили о костной ткани, а здесь можно печатать и для костной ткани, и для мягких тканей с точностью до микрометров.

Здесь мы видим для сравнения жучков, паучков в масштабе 15 микрометров, что уже сходит к размеру нано- и называется субмикронным размером. То есть можно контролировать профиль поверхности, форму поверхности и можно даже контролировать доставку биологически активных веществ в то место, в которое нужно. Вот такие технологии у нас существуют, и я надеюсь, что они развиваются с такой скоростью, что скоро это будет существовать в клинике. Это я уже размечталась.

Светлана: Это прекрасно. Спасибо Вам, Ирина Ивановна, очень интересно. Следующий вопрос как раз о 3D-принтерах, и Вы уже затронули эту тему, мы видели иллюстрации. Расскажите, пожалуйста, простым, доступным языком, как работает 3D-принтер? Если мы можем напечатать, как я поняла, любой орган, как это работает? В картридж мы заливаем краску, а в 3D-принтере как?

Ирина Селезнёва: Здесь то же самое. Хорошая аналогия «картридж — краска». У нас бывают струйные и лазерные принтеры. На лазерном принтере (я вам сейчас показывала) — это когда слой за слоем под воздействием сфокусированного лазерного пучка спекается, сплавляется, материал и получается структура. Сплавление происходит только в тех местах, где нужно, поэтому и получается трёхмерная структура заданной формы и конфигурации.

В струйном принтере капают чернила; для того чтобы напечатать на струйном принтере, нам нужна бумага. Если лазерный принтер как бы вырезает нужные вещи (получается как оригами из бумаги), то струйный принтер — капля капает на материал. Как правило, это гидрогелевый материал, который даёт клеткам основу прикрепиться, скрепляет их. Это то, как происходит у нас в организме. Мечта, конечно — взять, залить чернила из разных клеток, белков, полисахаридов и прочего и напечатать орган. Возможно, она будет реализована в ближайшем будущем, потому что первые опыты на животных уже начались.

Это из раздела мечтаний — то, как работает принтер. Если у вас есть конфигурация органов, формально вы, конечно, можете задать все слои слой за слоем.

Но есть проблема: когда мы делаем клетки просто в один слой, они получают достаточно питательных веществ, кислорода и, соответственно, могут жить, дышать и не умирают. Но если мы даже в культуре берём большие кусочки тканей, начинаем культивировать, к примеру, кубик 5х5 миллиметров, внутри кубика всё умрёт однозначно, потому что клеткам не будет хватать ни дыхания, ни питания — нужны сосуды. В тканевой инженерии, когда делают эти конструкции, их некоторое время культивируют даже в условиях in vitro, потому что если туда внести эндотелиальные клетки, они формируют и сами организуются в сосудистую ткань, которая при вживлении этого имплантанта соединяется с собственной тканью, с собственными эндотелиальными клетками. Этот процесс называется васкуляризацией. В случае 3D-биопринтера печатают, как правило, всё-таки не отдельными клетками.

Это наш Владимир Александрович Миронов, который является основоположником не только в нашей стране, он профессор университета в Вирджинии и научный руководитель фирмы «3D Bioprinting Solutions». Он разработал аппаратное устройство, которое позволяет слой за слоем формировать ткани из шариков. Шарики — это сфероиды, которые обладают (это биологическое свойство) способностью к слиянию и формированию вот такой трёхмерной структуры на основе поддерживающего геля и клеточных элементов. Он предложил вставлять в эти сфероиды не только стволовые клетки, но и клетки сосудистой ткани, поэтому васкуляризация органов может быть реализована. Есть такое слово «иннервация», то есть связь с нервной тканью, у нас организм устроен очень сложно. Честно говоря, нарисовать точный план, чтобы полностью реконструировать ткань, наверное, ещё не скоро удастся. Но сделать заготовку, которая потом будет использована с собственными тканями и промоделирована (как кости и кожа) по всем правилам — это возможно, и это уже делается. Остаются пока проблемы чисто аппаратные и такие, как гравитация, которая мешает печатать большие заготовки.

Два года назад Владимир Александрович Миронов докладывал на конференции, что они послали на космическую станцию такой 3D-принтер с клеточными культурами, которые были иммобилизованы в термочувствительный гидрогель. Когда это всё достигло космоса, космонавт получил задание, нажал на кнопочку, температура этого термочувствительного геля изменилась, он вместо геля стал жидкостью и соответственно приобрёл вязкость. В невесомости клетки, в которые были вставлены магнитные наночастицы, уже собрались в некое подобие органа.

Естественно, очень сложно проводить такие эксперименты, но в качестве сюжета фантастического фильма печать запчастей для человеческого организма в космосе может быть возможна, хотя я думаю, что у нас справятся с этим и на Земле. Сейчас очень высокие темпы развития технологий в этой области. Раньше развивались космос, военные технологии, а сейчас люди наконец-то обратили внимание на человеческий организм и на реализацию его собственных возможностей для регенерации. Тема регенеративной медицины сейчас в топе. Журнал «Таймс» в 2000 году писал, что профессия генного инженера будет на первом месте по перспективности в будущем мире.

Светлана: Очень интересно. Ирина Ивановна, Вы задали волну — помечтать. Когда Вас слушала, возник вопрос: если мы можем печатать органы, клетки, то почему мы не можем печатать одежду и продукты питания? Ведь такой 3D-принтер может стоять у нас дома и печатать всё, что нам надо — например, кусочек торта или одежду на осень... Как Вы думаете, это возможно?

Ирина Ивановна: Да возможно, но только этот торт будет стоить очень дорого. Сейчас технологии 3D-печати уже действительно очень развиты, и, к примеру, импланты (зубы) или то, что нужно, печатают на 3D-принтерах, но стоимость этих изделий оправдана, когда нужно восстановить собственные ткани. Конечно, уже печатают пищу: есть искусственное мясо, пожалуйста, но дешевле его пока ещё вырастить. А вырастить зубы, почки, печень, мозги пока ещё никому не удалось.

Светлана: Есть к чему стремиться, спасибо большое.

Ирина Ивановна (смеясь): Несомненно.

Захар: Спасибо, Ирина Ивановна. На слайдах мы видели, что Вы использовали понятие «3D-матрикс». Я хотел бы зачитать кусочек из книги «АллатРа», в котором речь идёт как раз о межклеточном матриксе, и, возможно, Вы прокомментируете, как Вы это понимаете.

«Ригден: Естественно, даже незначительные изменения в структуре межклеточного матрикса способствуют развитию разного рода патологий! Одной из основных причин старения, как раз и является нарастание в организме молекулярных изменений, в первую очередь в строении межкеточного матрикса.
Анастасия: Межклеточный матрикс в организме человека достаточно разнообразен, и в общем-то неплохо изучен. Но на ту разновидность первоформы межклеточного матрикса, которую вы указали, сокрытую в эмбриональной хорде, как таковую, никто в исследованиях особого внимания не обращал!»

Из книги А. Новых «АллатРа»

Расскажите, пожалуйста, может Вам как учёному что-то известно об этой эмбриональной хорде и межклеточном матриксе, который туда входит. А может эта информация поспособствует Вашим дальнейшим аналитическим, практическим, экспериментальным исследованиям в разгадке того, как происходят процессы регенерации, расскажите по этому поводу подробнее.

Ирина Ивановна Селезнёва: Межклеточный матрикс так же неисчерпаем, как и атом. Дело в том, что это те ткани, которые обеспечивают условия для функционирования всех клеток. Соответственно, в каких-то тканях их, скажем так, очень мало, это лишь тонкие прослоечки между клетками; в других тканях, таких как соединительная ткань, коллагеновые, эластиновые волокна, полисахариды, — дают не только форму, но и механические свойства, устойчивость; фильтрационные свойства, к примеру, у почек — всё это определяется структурой этого матрикса.

Вот та самая ламеллярная мембранка, на которой сидят стволовые клетки, — там и белок, и полисахариды — она как раз создаёт условия для поддержания клеток в недифференцированном состоянии. Почему?

Дело в том, что молекулы межклеточного матрикса дают сигналы клеткам и определяют их реактивность: реагирует она на какой-то сигнал или не реагирует. Ферментативная активность, миграционная активность, деление клеток, их дифференцировка — это всё зависит от условий окружения. А условия окружения создаются вот этим самым внеклеточным матриксом и так называемыми сигнальными молекулами.

Я вам приводила простенький пример, как мы реконструировали кожу. Коллагеновый гель. Почему коллаген? Это основная структурная молекула соединительной ткани. Далее, в этом геле сидят фибробласты. Они продуцируют ростовые факторы, которые воздействуют на кератиноциты. Мембраны и матрикс могут служить ростовыми факторами (EРО). Гель связывает и представляет эти факторы клеткам, иногда непосредственно определяя активность клеточных рецепторов. Поэтому конструировать этот матрикс очень важно.

В стадиях развития (если судить с эмбрионов), действительно, для того чтобы клетки из этого маленького сгустка внутренней клеточной массы могли развиться в большой организм, нужно, чтобы они мигрировали, делились, и это всё было отрегулировано. В этом плане это тоже большая наука: внешние слои, внутренние. Но замечено, что эмбриональные ткани в целом содержат куда большее количество, к примеру, полисахаридов.

Легче, наверное, это объяснить на доступном примере с кожей. Вот мы знаем, что у ребёнка кожа упругая, эластичная, обновляется очень хорошо. Это зависит в том числе от молекул гиалуроновой кислоты, которая является одним из компонентов матрикса. К уже более среднему возрасту у нас количество этих молекул уменьшается, кожа меняется, и обновление уже замедлено. Если мы перейдём к старости, то там уже речь идёт о том, что катастрофически не хватает, к примеру, этой гиалуроновой кислоты. В результате фибробласты, которые живут в коже, не могут синтезировать в достаточном количестве коллаген. Кожа теряет упругость, обвисает, появляются морщины. Но фибробластам для того, чтобы синтезировать что-то, нужны тоже условия: чтобы был и коллаген, и гиалуроновая кислота. Получается замкнутый круг, который сейчас научились разрывать косметологи, добавляя инъекциями молекулы, которые выделены из внеклеточного матрикса, либо их синтетические аналоги.

Потому что человеческий хондроитинсульфат — это будет крайне дорого. А к примеру, хитозан, выделенный из панцирей крабов, которые обычно выбрасывают после переработки, — это вполне доступный материал, там есть метилцеллюлоза, хитозан, и та же гиалуроновая кислота выделяется в больших количествах, продуцируется. В общем, мы обманываем природу, регулируя состав внеклеточного матрикса в организме. Мы приводим к тому, что клетки обновляются, они получают сигналы и могут сами производить нужные молекулы. То есть мы продлеваем молодость клеток. И в общем-то все технологии, которые мы используем, создавая материалы, имитирующие состав и свойства внеклеточного матрикса, они направлены именно на то, что мы поставляем материал и обеспечиваем условия для жизни собственных клеток для того, чтобы они лучше обновлялись, активней реагировали на факторы, либо даже доставляем вместе с этим матриксом биологически активные факторы непосредственно в место, где это требуется, — стимулировать, к примеру, рост клеток.

Можно показать картинки в качестве иллюстраций матрикса.

Самый первый матрикс — это, бесспорно, обогащённая плазма (видите, такой сгусток), это то, что образуется в месте ран. Это матрикс, который наш организм использует для лечения. Вот так выглядит коллагеновый гель. У него краешки загнулись, потому что клетки фибробласты, помещённые внутрь коллагенового геля, так активно там себя ведут. Такие треугольные образования — это клетки в коллагеновом геле. Они стягивают его так же, как это делается на ране, когда сходятся края раны. Соответственно, коллагеновый гель с клетками является очень хорошей моделью для изучения, к примеру, воздействия фармакологических и прочих веществ на активность клеток. Потому что свойства матрикса — то, как клетки функционируют внутри организма, — во многом моделируются на этой простой модельке.

А на следующем слайде видим, как это выглядит под электронным микроскопом. Смотрите, есть коллагеновый гель — это смесь фибрилл. На самом деле коллаген — уникальный белок. У него в основном лейцин, пролин и оксипролин — всего три аминокислоты, но они образуют тройную спираль. Все слышали про ДНК, про двойную спираль. У коллагена — это тройная спираль, то есть сама по себе очень жёсткая молекула, которая ещё обладает способностью объединяться: коллагеновые волокна становятся бок о бок и образуются, как канаты. Клеткам при миграции их раздвинуть достаточно сложно. А когда добавляешь полисахариды, получается, что мы моделируем. Вот здесь показаны картинки, где мы добавили хитозан и где добавили хондроитин-4-сульфат.

Хитозан мы используем в качестве некоего аналога. Естественно, он не воспроизводит в полной мере эффект от хондроитин-сульфата, но, тем не менее, меняет многие параметры матрикса и меняется клеточная активность. Это и есть интерес нашей лаборатории — выявлять зависимость изменения структуры и её влияние на свойства, то есть как композиция меняет структуру и биологическую активность материала. Ещё раз повторю: перво-матрикса не существует. Матрикс есть во всех тканях, он различается на стадиях развития человека (он есть у молодого и у старого). В процессах репарации, когда вы повредили что-то, и орган восстанавливается, там в результате того, что было воспаление, продуцируется куча матричных элементов. Они помогают организму переключить клетки в режим синтеза, ускорить их миграцию, изменить состав матрикса так, чтобы клеткам было удобно мигрировать и строить новые ткани. Я ответила на Ваш вопрос?

Захар: Да, спасибо, очень расширенно. Мы хотели бы перейти к следующему разделу нашего прямого эфира и спросить Вас о Созидательном обществе.

Светлана: У нас на платформе Международного общественного движения «АЛЛАТРА» проходит глобальный международный проект «Созидательное общество». По всему миру задают людям простые вопросы, над которыми задумывается каждый человек: как мы хотим жить, как мы хотим развивать нашу науку, наше образование, какие отношения мы хотим строить между нами, между людьми? И у Вас тоже очень хотелось бы спросить: как Вы себе представляете общество, в котором бы были счастливы Вы, Ваша семья, Ваши близкие, отношения с Вашими коллегами? Это общество счастливых людей, можно так сказать.

Ирина Ивановна: Общество счастливых учёных выглядит так: во-первых, это общество знаний, где ценятся люди тех профессий, которые что-то созидают. Сейчас, во время коронавируса, стало более проявленным, что преподаватели, учителя, медики, инженеры, учёные являются очень важной составляющей, на которой держится жизнь общества. Может быть, этих людей не так много, но они просто необходимы, чтобы обеспечить воспитание тех людей, которые смогут что-то созидать, что-то делать. Это вопрос образования и его доступности, его качества. К сожалению, в последнее время у нас в стране, на мой взгляд, разрушается советская система образования, нацеленная на воспитание исследователей, на воспитание человека, который ищет ответы на вопросы, анализирует информацию. Единый государственный экзамен, когда предлагают выбрать из двух или трёх вариантов, — это на самом деле очень плохо. Сейчас есть ещё одна опасность — Интернет. С одной стороны, это очень хорошо, он даёт массу возможностей для поиска информации, для анализа информации. Но нужно учить людей находить радость в том, чтобы анализировать информацию, искать информацию, создавать что-то новое. Создавать условия для того, чтобы это стало модным, поддерживать это. Может быть, важность этого сейчас самая большая. Не останавливаться на достигнутом, не прекращать мечтать. И главное, чтобы мечты эти поддерживались. Необходимы разработки и понимание той самой физики, к примеру, о которой мы начинали сегодняшний разговор. В общем, справедливое общество знаний — так я описываю счастливое будущее.

Елена: Спасибо Ирина Ивановна, абсолютно с Вами согласна. Как раз одной из основ Созидательного общества, является основа «Развитие личности». Я хочу зачитать: «Каждый человек в Созидательном обществе обладает правом на всестороннее развитие и самореализацию. Образование должно быть бесплатным и одинаково доступным для всех. Создание условий и расширение возможностей для реализации Человеком своих творческих способностей и дарований».

Я считаю, что это очень важный аспект. Потому что хорошее образование является залогом раскрытия талантов и способностей человека с дальнейшей реализацией потенциала на благо общества. Ирина Ивановна, как Вы думаете, как будут развиваться биотехнологии в Созидательном обществе?

Ирина Ивановна: Нужно развивать биотехнологии. Планета приходит к пределу того, что она может произвести. Нужно придумывать абсолютно новые способы повышения производительности в этой области. Это и технологии в области создания биоматериалов, в том числе биоразлагаемых материалов технического применения (чтобы не засорять планету). Это и новые технологии получения какого-то сырья, не загрязняющего атмосферу, и конечно же медицинские технологии, технологии наноинженерии, биоинженерии. Это всё невозможно без работы команд, например, таких, как наша, где физики, химики, биологи говорят на одном языке, где не нужен переводчик. То есть каждый из нас профессионал в своём деле, но в целом мы получили общее базовое образование, хорошее базовое образование.

Чтобы не было такого, как однажды у нас в лаборатории. Приехали дети из Америки на стажировку. Они там выиграли на конкурсе возможность сделать проект в нашем центре. По результатам проекта они получали образование бесплатно. И вот мы переживаем, как объяснить ребёнку преобразование Фурье (Fast Fourier transform), то есть все эти расчёты. Мы как раз занимались кардиомиоцитами, а это не проходят в школе. Когда мы начали ребёнку задавать вопросы (он переходил уже в десятый класс своей школы), выяснилось, что они ещё физику не проходили. Когда мы спросили: «А закон Ома ты знаешь?» — «Не знаю». — «А физику вы проходили?» — «Not yet». До сих пор это «Not yet» у нас в лаборатории является показателем. То есть я считаю, что образование должно быть мультидисциплинарным не только в школе, но даже на начальных курсах. Понимаете, нельзя делать узкую специализацию — «я специалист по пуговицам». Ты должен понимать основы, механизмы того, чем занимаешься. А это фундаментальная наука, азы физики, химии, биологии, в общем-то должен знать каждый. Хотя бы на уровне школы это должно быть дано очень качественно, это наше всё. Я считаю, что школа определяет развитие общества. Какая школа — такое и общество.

Светлана: Спасибо большое. Ирина Ивановна, Вы говорили о том, чтобы не делать узкую специализацию. Не могли бы Вы продолжить, какие конкретные шаги нужны, чтобы наука и образование могли развиваться на созидательных рельсах, в Созидательном обществе?

Ирина Ивановна: Сейчас необходимо поддерживать развитие дополнительного образования. Весной президент, на встрече с учёными и сотрудниками образования, очень хорошо поднял эту тему. Именно такой проект мы сейчас пытаемся запустить у себя в Пущино. У нас очень большая практика: так называемой Зимней пущинской школе в этом году исполняется 30 лет. К сожалению, её не было в этом году, она обычно у нас проходила на весенних каникулах: к нам со всей страны приезжали ребятки, отобранные по конкурсу и, соответственно, с ними мы занимались разными дисциплинами, не только биологией, но и физикой, робототехникой. Вот такие лагеря, где летом дети отдыхают и учатся одновременно. Но учатся не так, как у нас в школе, выбирая ответ из трёх вариантов, а учатся именно решать задачи, учатся работать в коллективе. Я категорически против перехода на дистанционное образование, сейчас пытаются внедрить такой эксперимент в Московской области.

Мне кажется, в нашей стране есть смысл развивать дополнительное образование к тому школьному, которое сейчас сильно обрезано и направлено на ЕГЭ. Нам нужно воспитывать мыслителей и творцов.

В нашем городе взаимодействие школы с наукой реализовано легко, потому что научные сотрудники ведут кружки. Я думаю, что даже в деревне можно использовать те самые дистанционные интернет-технологии, обеспечить связь с наукой, с популяризацией, чтобы дети из глубинки, в селе, имели эту возможность. Появилось много ресурсов, где выложены отличные образовательные курсы, отличная информация, и детям нужно помогать этой информацией пользоваться. Поэтому такие интернет-проекты тоже очень нужны.

Светлана: Спасибо. А что каждый на своём месте может сделать, чтобы информация о Созидательном обществе и конкретные действия на своих местах приблизили счастливое будущее, общество счастливых людей?

Ирина Ивановна: Вы как раз делаете то самое, что нужно делать. Вы популяризируете, доносите до большого количества людей вопросы о том, что это важно и нужно. Каждый на своём месте. Среди тех ребят, сотрудников лаборатории, которые были на первом кадре, есть замечательный мальчик. Не совсем мальчик он уже, отец двоих детей, Антон Попов (вот он, бородатый, стоит справа).

Он является членом команды, которая сейчас организует один за другим эфиры, Science Talks. Туда входят коллеги из нашего Наукограда, Черноголовки, Троицка и Протвино. Они ведут репортажи по зум (ZOOM, онлайн-видеоконференция) с рабочих мест, с ускорителей, каждый рассказывает о своей проблеме. Это в период коронавируса, а до этого они организовывали молодёжные «тусовки». На этих форумах они как раз рассказывают о своей работе за рубежом, сравнивают нашу науку и их науку, докладывают. И это является привлекательным не только для сотрудников науки, не только для учащихся школ, но и просто приходит молодёжь города, и не только молодёжь, послушать, что у нас нового происходит в науке. И я думаю, что такие мероприятия привлекают людей в науку.

Светлана: Спасибо.

Захар: Спасибо, Ирина Ивановна, за прекрасное интервью. Мы будем рады, если Вы ещё раз к нам подключитесь.

Светлана: Мы сегодня не успели задать Вам все вопросы, наш эфир подходит к концу. У нас ещё было много вопросов о гравитации, о регенерации. Мы хотим Вас поблагодарить...

Захар: Поблагодарить и сказать, что наши участники из Москвы передадут Вам книги.

Светлана: Хотим подарить Вам книгу «АллатРа». Это то, что нас вдохновило на действия, и мы продолжаем распространять эти Знания.

А также доклад «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА», исконные Знания.

Захар: Основы физики, о которой мы говорили в самом начале, обо всех молекулярных взаимодействиях, почему все атомы, элементарные частички выстраиваются в определённую форму, выполняют определённые процессы. Я думаю, Вам будет тоже интересно как учёному, и мы будем рады, если Вы и Ваши коллеги поделитесь своим отзывом.

Ирина Ивановна: Если вы пришлёте мне всё это в электронном виде, я размещу у нас на форуме Пущино, где все общаются. Там есть рубрика «Наука, новости науки» — это как раз распространение информации, то, что нужно.

Светлана: Мы Вам очень благодарны и очень рады, что Вы сегодня были с нами, что мы могли так искренне обменяться своими идеями, что мы вместе можем много всего сделать. Спасибо Вам и Вашему коллективу за всё!

Ирина Ивановна: До новых встреч в эфире.

Светлана: Спасибо большое!