Исследователи БФУ им. И. Канта и УрФУ им. Б. Ельцина ищут возможности для диагностирования и лечения рака с помощью наночастиц
БФУ им. И. Канта посетила известный ученый, доктор физико-математических наук, профессор-исследователь кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, ведущий научный сотрудник Лаборатории магнитной сенсорики Уральского федерального университета (УрФУ), специалист в области физики магнитных явлений Галина Курляндская. Начиная с конца XX века, в физике магнитных явлений начало формироваться совершенно новое научное направление – биоприложения магнитных наноматериалов. Очень быстро стало понятно, что решать вопросы биомедицинских приложений можно только в рамках сотрудничества специалистов из очень разных областей – материаловедов, физиков, химиков, биологов, медиков и даже инженеров-электроников.
“Мои первые работы в этой области датированы 2003 годом. Наверное, поэтому Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, который организует самую крупную конференцию по магнетизму в России - Московский международный симпозиум по магнетизму (MISM), - уже много лет подряд приглашает меня для организации на форуме секцию «Биомагнетизм», рассматривающую и вопросы биоприложений, - рассказывает Галина Владимировна. – В конце 2014 года ко мне обратился один из организаторов MISM профессор МГУ Александр Борисович Грановский. Выяснилось, что новый молодой федеральный университет – БФУ им. И. Канта – планирует организовать международную конференцию по магнетизму, и я согласилась оказать ему в этом помощь. Началось с того, что в процессе подготовки конференции многие международные эксперты, с которыми мы ранее сотрудничали, в ответ на приглашение приехать в Светлогорск, интересовались у меня: «А вам-то доводилось бывать в Калининграде и БФУ им. И. Канта?». Тогда и возникла идея приехать и познакомиться с университетом поближе. Завязались первые контакты и с местными специалистами по магнетизму, и с биологами”.
.
За год подготовки к первой конференции в 2015 году УрФУ и БФУ им. И. Канта получили 5 молодежных грантов РФФИ. В организации первой Балтийской конференции по магнитным материалам в Светлогорске УрФУ принял участие в качестве соорганизатора – взял на себя часть расходов, высадил «десант» из 14 сотрудников, участников конференции, во главе с заведующим кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов проф. В.О. Васьковким. Проректор по науке В.В. Кружаев всячески поддержал инициативу начать сотрудничество.
Особенно плодотворным оказалось сотрудничество со специалистами Базовой лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий, которой руководит профессор, доктор медицинских наук
Лариса Сергеевна Литвинова. “Мы нашли с биологами из БФУ им. И. Канта полное взаимопонимание, - отмечает Галина Курляндская. - У нас одинаковое видение целого ряда научных проблем, близкие подходы к их решению. А главное, мы комплементарны, а значит необходимы друг другу, у каждого есть что-то, необходимое для успешного решения задачи, чего нет у другого. Это очень хороший пример междициплинарного межвузовского сотрудничества. Первые результаты совместной работы вызвали такой интерес, что нам предложили их представить в виде пленарного доклада на прошедшей в 2016 году в Екатеринбурге международной конференции по магнитным жидкостям. Работа произвела очень большое впечатление на слушателей, а опубликованная в авторитетном научном издании Journal of Magnetism and Magnetic Materials (импакт фактор 3.046) статья, написанная на основе выступления, цитируется в 4 раза чаще, чем в среднем по журналу. Следующая научная статья была опубликована через год в не менее авторитетном журнале из первого квартиля - «Sensors». Это был специализированный выпуск, в подготовке которого я принимала участие, как международный редактор. Выпуск имел большой успех, именно поэтому его решено было издать отдельной книгой, которую можно заказать в издательстве MDPI”.
На чем же основан взаимный интерес кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ и Базовой лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий? По словам Галины Курляндской, магнитное биодетектирование является весьма перспективным научным направлением в сфере биоприложений. В мире ему уделяется очень большое внимание.
“Биосенсор – это компактное аналитическое устройство, используемое для диагностики или разработки новых лекарств, – объясняет руководитель лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий БФУ им. И. Канта Лариса Литвинова. – В случае использования магнитного биосенсора можно либо количественно проанализировать отклик различных органов и тканей организма на воздействие со стороны электромагнитного поля, либо определить концентрацию определенных биокомпонент. Анализ может быть очень полезен для диагностики онкологических заболеваний”.
На практике это может выглядеть так: выполняющие роль биомаркеров наночастицы вводятся в виде специальной феррожидкости или феррогеля в организм, по которому они распространяются кровотоком до места назначения (к органам и тканям). Ускорить этот процесс и минимизировать дозу введенного препарата можно с помощью приложения внешнего магнитного поля с особым распределением его напряженности. Поскольку с помощью биохимии можно добиться того, что наночастицы в силу метаболизма раковых клеток будут преимущественно попадать в именно в них, с помощью измерения магнитных сигналов можно не только определить, когда опухоль накопит достаточное количество наночастиц и ее геометрию, но и провести лечение с помощью гипертермии, или термоабляции. Разогрев проводят электромагнитным полем, убивая таким образом раковые клетки, менее стойкие к условиям повышенной температуры.
Однако эффективность, а главное – безопасность наночастиц в составе феррожидкости или феррогеля нужно исследовать дополнительно. И эта задача легла на плечи сотрудников лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий БФУ им. И. Канта.
“Коллеги из Уральского государственного университета обратились к нам с предложением о сотрудничестве, потому что, во-первых, у нас с ними давние контакты, а во-вторых, потому что наша лаборатория оснащена, действительно, во многих отношениях уникальным оборудованием, на котором работают квалифицированные специалисты”, – рассказала Лариса Литвинова.
Калининградские ученые, исследовав феррожидкости in vitro (то есть вне организма, в пробирке), доказали, что для клеток он безопасен.
“Наши исследования находятся в общемировом тренде, - продолжает Галина Курляндская. - В противном случае нас не публиковали бы авторитетные научные журналы, на нас не ссылались бы ведущие мировые группы, нас не приглашали бы с этими темами в качестве докладчиков на представительные научные форумы. Например, к большому моему удивлению я, профессор-физик, который занимается магнитными материалами в высокочастотном диапазоне, получила приглашение на конференцию, которую ежегодно в апреле проводит Медицинский институт в Екатеринбурге. Значит, то, чем мы с коллегами занимаемся, представляет интерес для врачей, для медицины. Примечательно, что на Евро-Азиатском Симпозиуме по магнетизму, который пройдет в 2019 году в Институте физики металлов УрО РАН, бионаправлению отведена целая секция”.
Галина Курляндская надеется, что столь успешное сотрудничество между УрФУ и БФУ им. И. Канта обязательно должно быть продолжено.
“Я прилетела в Калининград для того, чтобы наметить план дальнейшей работы с коллегами. Дело в том, что мы в сотрудничестве с Институтом электрофизики УрО РАН, Медицинским университетом и УрФУ в рамках проекта РНФ работаем над созданием нового биодатчика, - поделилась Галина Курдяндская. - Проект по инженерным наукам посвящен разработке высокочастотных электронных устройств нового поколения. Однако нам нужны хорошо аттестованные биообразцы для проверки эффективности наших устройств. Одна из главных проблем биоприложений магнитных наночастиц состоит в неустойчивости феррожидкостей на их основе в биологичнеских средах. Химики УрФУ (группа профессора А.П. Сафронова) в сотрудничестве с электрофизиками Института электрофизики УрО РАН (зав. Лабораторией импульсных процессов И.В. Бекетов) существенно продвинулись в получении больших партий наночастиц, на основе которых можно получать феррожидкости и феррогели нового поколения, которые в отличие от предыдущих, устойчивы в биологических средах. Разница между старыми и новыми материалами колоссальна. Это как, если бы вы сначала скакали на лошади, а потом пересели на машину. Кроме того, наши материалы получаются на основе очень больших партий наночастиц, так как мы используем электрофизические методы для их синтеза. Теперь важно, чтобы специалисты из научной группы Ларисы Литвиновой исследовали новые материалы по уже отработанному алгоритму. Мы надеемся на весьма интересный результат”.
Также профессор из Екатеринбурга надеется на углубление контактов между УрФУ и БФУ им. И. Канта и по линии студенческих обменов.
“Студенты моей группы были здесь на стажировке, хотелось бы, чтобы и студенты из вашего университета приехали к нам, познакомились с нашими методами, с нашими научными разработками, с нашими подходами. Мы были бы очень рады их принять. Каждый год в апреле у нас продлится международная молодежная конференция по химии, где всегда выступают сдокладами и биологи. Очень надеемся, что на очередную конференцию приедут специалисты из Калининграда”.
Партнёр:
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта