Создан биоробот, работающий в организме человека по принципу компьютера

Российскому ученому Максиму Никитину ради открытия мирового масштаба пришлось пуститься на авантюру

20.08.2014 в 12:07, просмотров: 6262

Представьте, что обычная таблетка вдруг превратилась в думающее существо. Если выпить такую, даже не будучи уверенным, есть болезнь или нет, вреда не будет. Здоровый организм она благополучно покинет, не приводя в действие свое оружие, то есть лекарство. Но если где-то таблетка найдет воспаление, раковую клетку, то держитесь хвори: таблетка трансформируется, расчехлит свои «пушки»-химические вещества - и точечно поразит цель.

Первым шагом на пути создания таких наноразмерных биороботов, которые, путешествуя по организму, способны путем анализа самостоятельно находить болезнь и лечить ее, и явилась разработка 27-летнего сотрудника Институтов общей физики РАН и биоорганической химии РАН Максима Никитина, выполненная вместе с тремя коллегами. Открытие мирового масштаба! И кто бы мог подумать, что сделано оно ученым не благодаря, а вопреки сложившейся у нас неповоротливой системе организации науки.

Создан биоробот, работающий в организме человека по принципу компьютера
фото: morguefile.com

- О биороботах я мечтал с 10 класса, - делится с нами Максим. - Правда, тогда я видел их электронно- механическими приспособлениями, которые, путешествуют по организму и лечат заболевания. Однако, позже понял, что эффективнее для этого - роботы биомолекулярные.

Идея Максима была более чем авантюрная — доказать, что российские ученые способны совершить прорыв в мировой науке, если решить всего одну проблему – ускорить доставку зарубежных реагентов в Россию. Чтобы получать реагенты быстро, ему пришлось покупать их за собственные деньги и самому возить их из-за границы.

- Понимаете, в той области, в которой я работаю, очень большая конкуренция, - поясняет Никитин. - С той скоростью, с которой наша государственная система закупает нам нужные реагенты (они идут к нам из-за границы 2-3 месяца), мои усилия были бы уже бесполезны, нас бы обогнали западные ученые. Поэтому, выезжая за пределы нашей родины, я на средства, которые мне выделила моя семья (в общей сложности 20 тысяч долларов) сам приобретал необходимые антитела, наночастицы и работал, не покладая рук, по 70-80 часов в неделю. Один выходной в месяц позволял себе только для того, чтобы восстановить внимание.

- Почему нашим ученым так долго доставляются реагенты?

- Потому что мы их заказываем у фирм-перекупщиков (институты не берутся связываться с растаможиванием), а те долго формируют партии, пока не наберется целая машина. Для примера, в европейский институт из США реагенты поступают максимум за неделю.

Амбициозному ученому ждать месяцами один реагент - смерть. Потому многие и не дожидаются милости от руководства, а просто собираются и уезжают туда, где реагенты приходят быстрее, где есть смысл прикладывать усилия, зная, что конкурируешь с коллегами на равных. Никитин, потомственный физик оказался своеобразным исключением из правила.

- Мне было очень обидно, что называется, за державу. Ведь в последние несколько лет экспериментальные работы в области бионаук в лучших мировых журналах выходили только с участием зарубежных ученых. А между тем для успешной работы на родине требуется не так и много. К примеру, в моем случае надо было просто помочь с быстрой доставкой реагентов.

- А как же обходились без специального оборудования?

- Конечно, пришлось отказываться от быстрых и показательных экспериментов со сложными приборами, и прибегать к менее требовательным вариантам. Например, вместо электронного микроскопа в большей части исследования, пришлось пользоваться иммунохромотографией, - простой метод, на котором основаны тесты на беременность, требующий по сути, наличия только специальных целлюлозных полосок.

-Родственники были не против?

- Нет. Мой отец, Петр Никитин, является моим соавтором, мама тоже работает в науке. Поэтому понимание и поддержка с их стороны мне были обеспечены. Я ставил задачу донести свое мнение до власть имущих, привлечь внимание к проблеме доставки реагентов. Для этого надо было сделать работу мирового уровня, и нам с коллегами, к счастью, это удалось.

- Ну а теперь расскажите поподробнее о результате этого героического труда. Вы намного обогнали заграничных биофизиков?

- Сразу уточним, что наш результат пока получен только в лаборатории, до клинической практики в лучшем случае он сможет дойти лет через 10-20. Если говорить о современном состоянии развития науки, то на данный момент одно из основных направлений в биомедицине – это направленная доставка лекарств с помощью наночастиц. То есть когда каким-то образом наночастица с лекарством направляется только в больные клетки и не приносит вреда здоровым клеткам. Однако современные методы различают больные клетки от здоровых лишь по определенным веществам на их поверхности – маркерам. Проблема состоит в том, что в случае определенных заболеваний (таких как рак), такие маркеры присутствуют как на здоровых клетках, так и на больных, просто на последних они присутствуют в большем количестве. Соответственно, если лекарство пытается попасть в клетку с маркером, оно, конечно, в большем количестве попадает в больную клетку и убивает ее, но и в здоровые клетки оно тоже попадает и наносит вред. Так вот, мы впервые придумали метод, с помощью которого можно вооружить практически любую наночастицу не только нацеливаться на маркер, но и анализировать сразу несколько других параметров, чтобы нацеливание было более точным. Путешествуя по организму, наши частицы-биороботы смогут обследовать окружающую среду и «обдумывать» последующее решение на основе любой логической функций (такие как логические «ДА», «НЕТ», «И», «ИЛИ»), которые в том числе лежат в основе работы обычных электронных компьютеров. Например, если в организме начинается воспалительный процесс, то в области воспаления начинают выделяться цитокины - сигнальные вещества. Если наша наночастица с лекарством внутри сосчитает, что их концентрация высока (т.е. частица находится в области воспаления), то она трансформируется (поменяет свою структуру) и сможет атаковать вредную клетку и доставить в нее лекарство. Если число цитокинов не критично (те же цитокины, но в меньшем количестве могут находится возле здоровой клетки), то биоробот может обойти клетку стороной и приступить к обследованию другой области. Это принцип работы «Да-Нет». Но частицы-биороботы, в принципе, могли бы выполнять и более сложные логические операции. К примеру, находясь в организме у диабетиков, они могли бы постоянно следить за составом крови и генерировать инсулин только когда это необходимо.

Биоробот Никитина в действии (видение художника). Фото предоставлено М. Никитиным.

- Самостоятельно?!

- Да. И в этом случае им пришлось бы решать задачу по анализу двух факторов: высокой концентрации глюкозы и не высокой концентрации инсулина. Однако, если до применения в терапии заболеваний еще надо много работать, то вот в диагностике (например, для проведения сложных анализов крови) такие интеллектуальные системы могли бы использоваться уже в самое ближайшее время. Данные технологии нами запатентованы в России, и сейчас патентуются в остальном мире. Другое дело, что здесь основной вопрос в эффективной конкуренции с другими участниками рынка. Но так как для бизнеса скорость, вероятно, намного важнее, чем для научных публикаций, то развить эффективный бизнес на столь новых технологиях без быстро доступных реагентов, конечно, дело совсем маловероятное.

Работа Никитина и его соавторов была опубликована в воскресенье в журнале Nature Nanotechnology, импакт-фактор (показатель цитируемости) которого - один из самых высоких в мире. Три года плодотворной работы ради красивого открытия. А еще – ради того, чтобы достучаться до руководства РАН, ФАНО, Минобрнауки, кто там еще решает судьбу ученых... Может, теперь мнение Никитина услышат меценаты, которым ничего не стоило бы ускорить доставку реагентов в малых количествах, но зато в итоге мы получили бы массу открытий, повысили бы авторитет российской науки и приобрели бы прибыль в результате внедрения и распространения в мире многих наших инноваций.

Российский ученый Максим Никитин