В лаборатории молекулярного имиджинга ФИЦ Биотехнологии РАН тестируют мультимодальные наночастицы, проводят мониторинг резорбции биоматериалов и изучают изменения в мозге лабораторных животных, сочетая методы МРТ и флуоресцентной визуализации. О том, зачем нужны «картинки из микроскопа», как работают мультимодальные зонды, о перспективах развития молекулярного имиджинга и о междисциплинарном воспитании молодых ученых в интервью объединенной редакции проектов «Индикатор» и InScience.News рассказывает руководитель лаборатории Виктория Жердева.
– Для широкой аудитории молекулярный имиджинг – это «красивые картинки из микроскопа». Для чего они нужны?
– В реальной медицине такие «картинки» позволяют отказаться от «слепого» лечения в пользу персонализированной медицины, где врач бьет строго по мишени, оберегая от вредного воздействия здоровые органы и ткани. Врачу нужны точные координаты, и как раз методы визуализации дают ответы на эти важнейшие вопросы.
Например, в онкологии зонды заставляют опухоль буквально светиться на экране. Это помогает точно определить границы злокачественной ткани, чтобы хирургу было видно, где именно вести скальпель, не задевая здоровые органы. Это важно и в реконструктивной хирургии: когда создаются новые искусственные импланты или тканеинженерные конструкции для восстановления тех или иных участков тела. Врачам нужно знать, как они приживаются. Сочетание МРТ и оптических методов позволяют нам видеть, как материал врастает (интегрируется) в организм и/или как он со временем деградирует (биорезорбируется).
– Как объяснить школьнику, чем вы реально занимаетесь: что именно метите, чем отличаются ваши флуоресцентные зонды от обычных красителей, и в каких задачах эти «картинки» меняют медицинские решения?
– Не углубляясь в сложные технические детали (ведь у школьников может быть очень разная подготовка), скажу лишь, что принципы визуализации с такими наночастицами могут варьироваться. Но основные подходы заключаются в следующем: во-первых, адресная доставка наночастиц (избирательное накопление именно в зоне патологии), во-вторых, изменение МР-сигнала (контрастирование за счет локального изменения магнитных свойств среды (время релаксации протонов воды)). В результате пораженный участок на томограмме начинает резко выделяться — подсвечиваться или, наоборот, темнеть. В третьих, мы получаем одновременно и контроль, и лечение. Наночастицы, накопившиеся в пораженной области, высвобождают терапевтический компонент – он действует прямо на повреждённые клетки.
Прежде всего напомню, что сами молекулярные зонды, мультимодальные наночастицы создают наши коллеги-химики, а задача нашей лаборатории — оценить их МР-характеристики. В особенности нам интересны тераностические мультимодальные зонды и наночастицы с модальностью для МРТ. Тераностика – это современное направление медицины, где один и тот же препарат одновременно используется и для точной диагностики (визуализации) патологии, и для ее прицельного лечения.
Сотрудники лаборатории молекулярного имиджинга, которым не удалось остаться за кадром, 2026 год. Источник: ФИЦ Биотехнологии РАН
– Как, по вашему мнению, будет меняться направление молекулярного имиджинга?
– Это невероятно увлекательная и важная область науки, но впереди еще очень много работы. Физика и химия уже дают фантастические инструменты, но вот существует сложнейшая задача – провести комплексную валидацию этих систем. Необходимо доказать, что новые «умные» метки абсолютно безопасны, работают безошибочно и способны показывать результаты на уровне мировых «золотых стандартов» медицинской диагностики, чтобы в будущем они открыли двери в реальные больницы и клиники.
– В портфеле лаборатории – флуоресцентные зонды, контрастные агенты для МРТ и платформы с временным разрешением. Можете рассказать об одном-двух проектах, где вам удалось увидеть в живой системе то, что раньше было «чёрным ящиком», и что это дало биологам или врачам?
– Прежде всего стоит уточнить разделение компетенций: разработка методов визуализации с временным разрешением in vivo – это сфера глубокой экспертизы наших коллег из лаборатории физической биохимии под руководством профессора А. П. Савицкого.
Со своей стороны, в области мультимодального имиджинга мы можем отметить два последних проекта, где нам удалось перевести скрытые биологические процессы в категорию визуализируемых и измеряемых данных.
Первый проект связан с разработкой методов неинвазивного мониторинга имплантируемых сополимерных материалов in vivo. Мы ввели в эти материалы парамагнитную и флуоресцентную метки, по которым отслеживали, как эти материалы интегрируются, как подвергаются резорбции в организме животных.
Что это дало ученым и медикам? Раньше оценка деградации материала внутри тела требовала выведения животных из эксперимента на разных сроках и проведения множества гистологических исследований. Наш мультимодальный подход позволил непрерывно и прижизненно наблюдать за судьбой импланта в динамике. Дополнительно мы зафиксировали эффекты оптического просветления тканей, которые четко коррелировали с локальными тканевыми реакциями (процессами заживления, воспаления и фиброза). Такой подход может стать объективным инструментом для оценки биосовместимости новых материалов.
Сотрудники лаборатории, Ульяна Апухтина и Татьяна Ярёменко, кормят лабораторных крыс, 2026 год. Источник: ФИЦ Биотехнологии РАН
Вторым ключевым результатом стала валидация нашей низкопольной (1 Тл) МРТ для оценки процессов токсической демиелинизации у мышей. Полученные данные были сопоставлены с «золотым стандартом» доклинических исследований - высокопольной (7 Тл) МРТ и результатами гистологического анализа. Токсическая демиелинизация на животных моделях представляет собой индуцированное химическое повреждение миелина – оболочки аксонов нервных клеток. Ограниченное вовлечение иммунной системы в данный процесс позволяет точнее оценивать прямое действие тестируемых препаратов и повышает трансляционный потенциал полученных данных для клинической практики.
Так вот, мы впервые экспериментально доказали и продемонстрировали возможность достоверно регистрировать очаги демиелинизации в головном мозге мелких лабораторных животных на низкопольном томографе (1 Тл). До этого считалось, что для столь мелких объектов применимы только сверхвысокопольные (крайне дорогие) приборы. Успешная валидация открывает широкие и доступные перспективы для фарминдустрии и нейробиологов по скринингу и тестированию инновационных лекарственных прототипов, направленных на стимуляцию ремиелинизации и профилактику возрастных изменений при старении мозга. Для нашей молодой лаборатории подтверждение эффективности этого метода – серьезный научно-технологический успех.
– Вопрос про людей: много ли студентов и аспирантов сейчас готовы одновременно разбираться и в оптике, и в химии зондов, и в биологии объектов?
– У нас молодая и дружная команда, состоящая из аспирантов и студентов. На данный момент это 4 аспиранта, 2 молодых сотрудника и 3 студента. Их привлекают проекты на стыке фундаментальной науки и клинической практики. Найти молодых специалистов, готовых одновременно погружаться в оптику, физику МРТ, химию зондов и биологию объектов – задача непростая. Но именно междисциплинарность становится их главным преимуществом. В нашей команде врачи, ветеринары, биофизики, биоинформатики, клеточные биологи, биотехнологи.
Сотрудники лаборатории, Пётр Зайцев и Михаил Краснов, за работой с МРТ, 2026. Источник: ФИЦ Биотехнологии РАН
Сегодня наша лаборатория развивает несколько ключевых направлений: доклинические исследования в онкологии, разработку и тестирование синтетических матриц и тканеинженерных конструкций для хирургии, а также изучение механизмов нейродегенерации, что актуально для ряда заболеваний и патологических состояний, таких как, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, шизофрения, старческая деменция, депрессия. При этом методы магнитно-резонансной томографии (МРТ) незаменимы для решения всего спектра этих задач.
Сотрудница лаборатории Рассомахина Наталья за работой, 2026. Источник: ФИЦ Биотехнологии РАН
– Как вы выстраиваете «междисциплинарное воспитание» в лаборатории, и что могло бы помочь делать такие команды устойчивее?
– Междисциплинарный подход и устойчивость команды, как наша, полагаю, держатся на следующих принципах. Во-первых, это прямая связь с медициной. Ничто не мотивирует молодого ученого сильнее, чем понимание, зачем нужен его труд. Студенту или аспиранту достаточно один раз побывать в клинике, постоять у операционного стола (в том числе у хирургического робота Da Vinci) и увидеть, как научные разработки спасают жизни. После этого отношение к рутинной работе в лаборатории полностью меняется: появляется осознание масштаба и важности того, что мы делаем.
Во-вторых, я бы выделила междисциплинарное общение на всех этапах. Нам необходимо взаимодействовать с экспертами из смежных областей. Такой диалог дает молодым исследователям кругозор и гибкость мышления, повышает их компетенции.
И последний, но не менее важный пункт – это доверие и самостоятельность. Профессиональный рост невозможен в жестких рамках. Мы поддерживаем открытую атмосферу, где ценится разумная инициатива. Умение брать на себя ответственность за научные решения помогает молодым ученым по-настоящему раскрыть свой потенциал.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
