Как заглянуть внутрь живого организма и увидеть, что происходит, например, с имплантом, не прибегая к повторным хирургическим вмешательствам? В лаборатории молекулярного имиджинга ФИЦ Биотехнологии РАН для этого сочетают магнитно-резонансную томографию с флуоресцентной визуализацией. Руководитель лаборатории Виктория Жердева в интервью объединенной редакции проектов «Индикатор» и InScience.News рассказывает про баланс фундаментальных и прикладных исследований, про уникальный магнитно-резонансный томограф, ставший «сердцем» лаборатории, про историю создания научного подразделения и личный профессиональный путь, а также про барьеры, препятствующие широкому внедрению новых технологий в повседневную клиническую практику.
– Виктория Вячеславовна, как появилась лаборатория молекулярного имиджинга в ФИЦ Биотехнологии РАН и как менялись её задачи по мере того, как развивались флуоресцентный имиджинг, магнитно-резонансная визуализация и другие методы молекулярной визуализации?
– Лаборатория молекулярного имиджинга была создана в 2018 году по программе мегагрантов Правительства Российской Федерации. Создание лаборатории стало возможным благодаря совместным усилиям ведущих ученых: доктора биологических наук, профессора Алексея Алексеевича Богданова (Массачусетский университет), доктора химических наук, профессора Александра Павловича Савицкого (ФИЦ Биотехнологии РАН) и доктора физико-математических наук, профессора, члена-корреспондента РАН Валерия Викторовича Тучина (Саратовский государственный университет).
Междисциплинарный научный коллектив, созданный для выполнения работ по мегагранту, 2018 год. Слева направо: д.х.н., проф. Савицкий А.П., с.н.с., д.ф-м.н. Тучина Д.К., проф., д.б.н. Богданов А.А., чл.-корр. РАН, проф., д.ф.-м.н. Тучин В.В., с.н.с., к.б.н. Казачкина Н.И., с.н.с., к.б.н. Жердева В.В., м.н.с., аспирант Гавшина А.В., м.н.с., аспирант Соловьев И.Д., м.н.с., аспирант Марынич Н.К.
На первых этапах главный фокус наших исследований был направлен на совмещение МРТ и флуоресцентного имиджинга. Такой гибридный подход решает ограничения каждого метода в отдельности. Современные оптические методы дают великолепное пространственное разрешение на уровне клеток, но ограничены глубиной проникновения в ткани. МРТ незаменима для визуализации целого организма, но не работает для детекции молекулярных процессов в клетке. Именно поэтому задачи лаборатории эволюционировали в сторону мультимодальности и создания гибридных методов.
Стык биологии и точных наук чрезвычайно перспективен. Методы биофотоники и магнитно-резонансной томографии открывают уникальную возможность в буквальном смысле заглянуть вглубь живых механизмов без хирургического вмешательства. В медицине это определяет глобальный переход от инвазивных методов к неинвазивным.
В последние годы, сохранив мультимодальные подходы, мы сместили фокус исследований в область практических биомедицинских приложений. Новые направления возникли из совместных проектов и прямых запросов от специалистов из сферы медицины, фармации и материаловедения. Мы сфокусировались на самых перспективных современных направлениях. Во-первых, это методы на основе тканеспецифичных органоидов — за рубежом они уже активно используются лабораториями и фармкомпаниями как платформы для тестирования противоопухолевых соединений.
Во-вторых, мы исследуем композитные имплантируемые материалы и тканеинженерные конструкции, которые необходимы для решения насущных задач реконструктивной хирургии.
И в-третьих, это создание моделей нейродегенерации и демиелинизации на мышах, что позволяет детально изучать основы профилактики возрастных изменений. И везде система 1Т МРТ выступает, если можно так выразиться, как «наукоцентричное» ядро.
Мы взаимодействуем с коллегами разных специальностей: химики, физики, инженеры, врачи, фармакологи, материаловеды, так как круг решаемых нами задач относится к междисциплинарным областям, и только при тесной кооперации они могут быть успешно решены.
– Был ли у лаборатории свой «момент старта» – проект, прибор или коллаборация, после которых стало понятно, что вы становитесь центром компетенций по молекулярному имиджингу в ФИЦ Биотехнологии РАН?
– Ключевым фактором успешного старта лаборатории послужила реализация мегагранта и привлечение в качестве ведущего ученого профессора Алексея Алексеевича Богданова. Его фундаментальный международный опыт в области молекулярного имиджинга определил методологическую основу наших исследований.
Важным этапом формирования инструментальной базы нашей лаборатории стало внедрение системы низкопольного магнитно-резонансного томографа для мелких лабораторных животных с напряженностью магнитного поля 1 Тесла (Тл). Этот аппарат стал главным научно-технологическим драйвером наших мультимодальных исследований.
О нашем томографе стоит сказать отдельно. На одной из фотографий вы можете увидеть его рядом с сотрудниками в полный рост — это отлично позволяет оценить его реальные размеры. Он, действительно, невероятно компактный!
Установка 1Т М3 МРТ в лаборатории молекулярного имиджинга, 2020
Этот томограф работает на постоянном неодимовом магните (сплав неодим-железо-бор). Такая технология дает колоссальные преимущества: аппарату не нужно огромное количество электроэнергии для индукции магнитного поля и, в отличие от больших клинических или доклинических 7 Тл систем, ему абсолютно не требуется жидкий гелий для охлаждения. При весе в 600 кг вся конструкция вместе с подставкой на колесах занимает всего 1 квадратный метр площади. Кроме того, он очень прост и удобен в управлении для оператора. Единственное ограничение – этот томограф спроектирован исключительно для мышей. Диаметр внутренней апертуры рассчитан только на этих грызунов. Поэтому, при всей нашей огромной любви к животным, мы, увы, чисто технически не можем откликнуться на частые просьбы сделать МРТ крысе или домашней кошке.
– Как сложился Ваш личный путь в эту область: что привело Вас в молекулярную визуализацию, когда Вы оказались в ФИЦ Биотехнологии РАН и как в итоге возглавили лабораторию?
– Я окончила 2-й Московский медицинский институт имени Н. И. Пирогова (сейчас это Российский национальный исследовательский медицинский университет) по специальности “врач-биофизик”. Существенное влияние на формирование моего профессионального вектора оказал руководитель моей кандидатской диссертации – доктор химических наук, профессор Александр Павлович Савицкий, чей глубокий интерес к этой области стал для меня ориентиром.
В лаборатории физико-химической иммунологии, 2000 год (сегодня это лаборатория физической биохимии)
Моя научно-исследовательская деятельность в Центре началась в лаборатории физической биохимии Института биохимии им. А. Н. Баха (сейчас Институт входит в состав ФИЦ Биотехнологии РАН) в конце 90-ых годов, страшно сказать, прошлого века. Я с большим теплом вспоминаю тот период, хотя он был во многом и сложен. Академические институты тогда опустели, многие коллеги уезжали, самые стойкие оставались. Но стала активно развиваться система грантовой поддержки, появилась возможность международного сотрудничества – этакая оттепель.
Виктория Жердева за работой, 1998
А в 2018 году, на этапе запуска мегагранта, я активно включилась в формирование новой междисциплинарной команды. Выполняя обязанности заместителя заведующего, я координировала ежедневную исследовательскую практику и административное сопровождение проекта. Этот опыт эффективного совмещения академической работы и общего руководства позволил мне в итоге возглавить лабораторию. Сегодня мы пытаемся как сохранить направление, заложенное на этапе становления лаборатории, так и формировать новые, важные векторы работы, востребованные современной биомедициной.
– Молекулярный имиджинг – это всегда баланс между фундаментальными биохимическими вопросами (мишени, маркеры, кинетика взаимодействий) и очень прикладными задачами – от диагностики до контроля эффективности терапии. Как Вы распределяете силы между этими полюсами?
– Мы не разделяем фундаментальные и прикладные исследования, для нашей лаборатории это единый цикл. Именно запросы практической медицины служат для нас главным ориентиром и определяют постановку конкретных задач. Отталкиваясь от клинических потребностей, мы погружаемся в фундаментальные вопросы биохимии, биотехнологии, молекулярной биологии, биофизики, радиологии и биофотоники. Можно сказать, что клиническая практика – это наш вектор движения, а выявление механизмов и биологических эффектов на основе научных подходов – наш фундамент. Наша мечта и конечная цель – разрабатывать и внедрять инновационные решения, которые в дальнейшем могут быть успешно транслированы в практическое здравоохранение.
– Если смотреть на 10–15 лет вперёд, какой Вы видите лабораторию молекулярного имиджинга: какие платформы и типы контрастных агентов станут для вас основными и какие области применения – онкология, инфекционные болезни, нейронаука – вам особенно интересны?
– Хочется надеяться, что наша лаборатория станет во многом связующим звеном на стыке фундаментальной науки и практики. Мы не занимаемся прямым синтезом зондов или мультимодальных наночастиц, но мы можем провести их тестирование и валидацию in vivo.
Отталкиваясь от глубокого понимания биологических процессов, мы скорее сами формулируем технологические задачи для химиков-синтетиков. В качестве перспективной платформы мы рассматриваем молекулярные активационные зонды, разработку и внедрение «умных» материалов и меток, работающих, в частности, во втором окне прозрачности ближнего ИК-диапазона (NIR-II), а также мультимодальные наночастицы.
В последнее время коллеги все чаще обращаются к нам с запросами на изучение характеристик инновационных мультимодальных агентов. И мы всегда рады подобным задачам: это не просто помощь в решении задач, но и возможность для нас самих исследовать новые возможности нашего томографа.
Как я уже говорила, наш исследовательский фокус активно расширяется в сторону прецизионной онкологии, нейронаук (включая изучение процессов старения мозга), а также направлений общей и реконструктивной хирургии, связанных с мониторингом биоинтеграции и резорбции имплантируемых материалов, тканеинженерных конструкций.
– Что сейчас, на Ваш взгляд, является главным ограничением для широкого внедрения молекулярного имиджинга в клинику?
Ряд методов молекулярного имиджинга (особенно ПЭТ/КТ и ОФЭКТ) уже стали «золотым стандартом» клинической диагностики в онкологии и неврологии.
Клиническая трансляция инновационных методов, действительно, сложная. Например, метод интраоперационной флуоресценции (в частности, навигация с красителем индоцианином зеленым) уже применяется в хирургии, и ее пытаются сделать таргетной. Про ограничения внедрения можно говорить много. Ключевым ограничением для внедрения новых разработок в реальную клиническую практику остаются регуляторные барьеры, высокая стоимость доклинических токсикологических испытаний и сложность получения разрешительной документации. Если говорить про физические и биологические основы ограничений, то это предмет целой лекции.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
