Stavropol.Media, 29 июля. Представьте: вам нужна операция по восстановлению костного дефекта. Вместо дорогого и рискованного трансплантата врачи берут кусочек гриба, выращенный на льняном жмыхе, пропитывают его минералами и вживляют в тело. Через несколько месяцев каркас бесследно растворяется, а на его месте — кость. Фантастика? Для 16-летней Елизаветы Старченко из Ставрополя — реальность. Её проект по регенерации костных дефектов с помощью мицелия вешенки принял участие в международном конкурсе "Большие вызовы" (6+). Благодаря успешному выступлению на финальном этапе Лиза была приглашена на образовательную смену в центр "Сириус", где уже в команде с другими школьниками и с ведущими учёными страны работала над проектом от партнёра программы — "Росатома".
Корреспондент ИА Stavropol.Media поговорил с Лизой в образовательном центре "Сириус" о том, как подростки решают задачи мирового уровня, и почему наука — это не скучно.
Команда проекта. Фото: ИА Stavropol.Media
"Иммунный камуфляж": магия магнитной ловушки
— Елизавета, ты на "Больших вызовах" с командой работала над проектом “Иммунный камуфляж”. Расскажи о нем.
— Проект "Иммунный камуфляж или биофабрикация моделируемой пространственной матрицей" направлен на решение проблем трансплантологии — острого дефицита донорских органов — и поиск путей создания их тканевых аналогов. Задача проекта — сделать клеточные импланты иммуннонейтральными, чтобы организм не отторгал пересаженные ткани.
— Что из себя представляет ваше изобретение и как работает прибор?
— Сборка трехмерных тканеинженерных конструкций происходит в специальном приборе — Фарцимент. В основе нашего подхода — магнитная биофабрикация. Мы используем установку, разработанную специалистами Росатома; для нашей работы была создана её миниатюрная версия. Устройство формирует неоднородное магнитное поле: два магнита расположены навстречу друг другу одноимёнными полюсами, что создаёт в центре так называемую магнитную ловушку — область с минимальной напряжённостью поля.
В кювету помещается суспензия клеточных сфероидов — трёхмерных агрегатов клеток. Мы делаем среду вокруг них более магнитной с помощью специального парамагнетика, и сфероиды, как диамагнитные объекты, под действием отрицательного магнитофореза выталкиваются из сильного поля в слабое — в центр ловушки. Там они удерживаются, контактируют друг с другом и постепенно сливаются в единую трёхмерную тканевую конструкцию. Это свойство сфероидов — способность формировать ткань без искусственных каркасов — и лежит в основе нашего метода.
— Насколько тебе интересно было работать над проектом? Тема довольно сложная.
— Это очень интересно, хоть и не просто. У меня в команде были просто чудесные руководители, и ребята тоже очень хорошие. Благодаря этому всё получалось, такой опыт очень ценно получить — мы узнали и научились очень многому. А практика — отдельный разговор: много времени проводили в лаборатории, учились работать с приборами и методами. Руководители очень терпеливые, у нас задалась приятная атмосфера. Нам давали советы советы и помогали как по работе над проектом, так и в целом. С руководителями мы очень сдружились, и было грустно прощаться. Мы даже решили, что нашей командой соберемся через несколько лет и общение продолжим.
— Над проектом вы с ребятами трудились на протяжении трех недель. Что стало итогом?
— За три недели мы отработали всю технологическую цепочку. Отредактировали геном клеток, сделав их невидимыми для иммунитета, подтвердили изменения, подобрали безопасную концентрацию парамагнетика, вырастили сфероиды и с помощью магнитного поля собрали из них трёхмерную тканеинженерную конструкцию. Наш проект — часть масштабной программы по развитию регенеративной медицины. Планы госкорпорации — создать банк универсальных низкоиммуногенных клеток, доступных любому пациенту, и с помощью биофабрикаторов выращивать не только ткани, а также функциональные участки органов.
Команда проекта. Фото: ИА Stavropol.Media
Грибы не только для еды
— В “Сириусе” ты работала в команде, а над каким проектом самостоятельно?
— Мой личный проект называется: "Разработка биомиметического остеокондуктивного каркаса на основе мицелия гриба Pleurotus ostreatus (вешенка обыкновенная) для регенерации критических костных дефектов".
В чём его суть? Есть такое понятие, как критические костные дефекты — это повреждения, которые сами по себе не зарастают и требуют внешнего вмешательства. Они не зарастают, потому что размер превышает критический: клетки, которые должны мигрировать в зону повреждения, закрепляться и закрывать дефект, погибают, не добравшись до места. Гипоксические зоны слишком велики, сосуды не прорастают дальше чем на 200 микрон от края здоровой ткани — всё дело в размере.
Сейчас есть разные способы решения этой проблемы, но все они неэффективные, дорогие и часто даже опасные. Есть материалы, направленные на восстановление кости, а не на замещение, как протез. Восстановление происходит с помощью донорских костей: вырезали, вставили, и по логике должно происходить замещение трансплантата собственной костью. Но как и с органами, с костями — то же самое: отторжение. Бывает, когда присаживают бычью кость — она не рассасывается, период полураспада очень большой, и всё это время тлеет воспаление. Вредная штука. Есть синтезируемые материалы, но они сильно защелащивают среду организма, что тоже вредит. Все варианты неподходящие. Материал, который я предлагаю, создан на основе мицелия гриба.
Елизавета работает над проектом. Фото: ИА Stavropol.Media
— Почему именно грибной мицелий?
— Процесс был таким: я взяла льняной жмых — это субстрат, уже засеянный мицелием. Распределила его по силиконовым формочкам, и мицелий начал дорастать. Когда формочка заполнилась белым, пронизывающим мицелием, я поняла, что материал готов. Высушила его — получилась уменьшенная версия нужной конструкции, белая, плотная. Этот материал нужно проминерализовать: осадить гидроксиапатит на гифы, чтобы укрепить и сделать его похожим на костную ткань. Гидроксиапатит — основной минеральный компонент костей. После этого, теоретически, его можно пересаживать.
Почему именно мицелий гриба? Мне нужно было создать структуру, которая работает на принципе использования регенеративного потенциала человека — как и большинство существующих материалов, — но при этом не вредит организму, деградирует за нужный срок, доступна и проста в создании. А мицелий вешенки обыкновенной — один из немногих грибов, который биосовместим с организмом человека даже внутри. Он также биоразлагаем: будет постепенно деградировать и выводиться через почки, пока организм заполняет дефект собственной тканью. Производство у меня уже продумано — оно несложное, недолгое, методики простые, дорогого оборудования не требуют.
— Сколько времени ты готовила этот проект и с кем?
— Начала работу и сделала большую её часть за пару месяцев — именно эту версию я подала на конкурс. Но проект не закончен: я продолжаю работать над ним, улучшать и продумывать детали по сей день. Сначала у меня был наставник, но так сложилось, что в итоге я работала самостоятельно.
— А какая у твоего проекта практическая направленность? Это пока теория или ты видишь применение этой разработки в жизни?
— Я очень хочу довести разработку до реального применения, но в одиночку это пока невозможно. Мне нужна поддержка — сначала для оформления патента, затем для сертификации и проведения тестов: на клеточных культурах, потом на животных. О клинических испытаниях на людях я пока даже не задумываюсь. Но сама по себе разработка крайне перспективна, и прежде всего — благодаря цене. Себестоимость одного каркаса — не больше 500 рублей. Для сравнения: существующие аналоги сопоставимого размера стоят от 20 до 80 тысяч рублей, и при этом у них масса недостатков, о которых я уже говорила.
— Если бы твой проект воплотили в жизнь, какие человеческие проблемы удалось бы решить? Какие болезни победить?
— Это решило бы клиническую проблему критических костных дефектов — эффективно, дёшево и намного лучше, чем существующие сейчас варианты. У меня уже есть широкая область применения. И способ персонализации, разработанный чисто мной: перед операцией делается анализ, и в минерализацию добавляются специальные компоненты в зависимости от потребностей пациента.
Я очень много читала статей, исследований, публикаций, патентов. Изучала тему глубоко, знакомилась с людьми по своему пути. Задавалась именно таким вопросом и "копала" именно по нему. Есть решения с мицелием, но они совсем другие, непохожие на мои. Их очень мало, и все они больше как предпосылки к созданию. Мой же проект — это уже готовое решение, в котором прописано все, что можно было прописать.
Елизавета работает над проектом. Фото: ИА Stavropol.Media
Современная медицина глазами школьницы
— Как шестнадцатилетняя школьница смогла придумать то, до чего не додумались учёные?
— Я не сделала ничего сверхъестественного. Просто у меня была возможность посмотреть на проблему свежим взглядом. Я знала, в чём заключаются механизмы неудач существующих решений, и понимала, как эту проблему можно решить иначе. Плюс мне попалась статья про удивительные свойства мицелия — и это сложилось в единую картину. Я уверена, что у учёных тоже есть решения, которые удовлетворили бы всем требованиям, но дело в том, что те разработки, может быть, и лучшие, лежат как научные работы, а я хочу по-настоящему перевести проект в использование. А может, и получится.
— А какова вероятность приживаемости, если использовать предложенную тобой методику?
— Если верить научным данным, вешенка обыкновенная не цитотоксична — проверки были в том числе на костных клетках, и она, наоборот, стимулирует их работу. В экспериментах на животных тоже фиксировали минимальный иммунный ответ, отторжения не было. Так что материал выглядит многообещающе, но точный процент приживаемости покажут только дальнейшие тесты.
Елизавета работает над проектом. Фото: ИА Stavropol.Media
— Какие у тебя планы на жизнь? Сейчас ты перешла в десятый класс, куда пойдёшь учиться после школы?
— До 11 класса я точно буду учиться. А после школы хочу поступать либо в медицинский, либо в научный вуз. Сейчас продолжу заниматься проектной деятельностью. Разумеется, буду работать над своим проектом. Хочу начать новый, не менее интересный. Участвовать в олимпиадах и различных конкурсах. Может быть, подамся на грант.
