Набирающий известность Институт фундаментальной медицины и биологии (ИФМиБ)КФУ - одно из самых продуктивных научно-образовательных подразделений Казанского университета. Об этом убедительно говорят достижения воспитанников института.
Рассказать о своих победах и успехах мы попросили трех молодых девушек-ученых, сотрудников лаборатории биоматериалов и наноматериалов. Научный руководитель лаборатории – д.б.н., доцент кафедры микробиологии ИФМиБ Равиль Фахруллин.
Нанотрубки против вредных бактерий
Рената Минуллина, аспирант, младший научный сотрудник Института фундаментальной медицины и биологии:
‑ Несколько дней назад я вернулась из США, где семь месяцев проходила стажировку в техническом университете Луизианы под руководством профессора Юрия Львова. Чтобы туда поехать, я выиграла стипендию Президента РФ для обучения за рубежом, которая позволяет российским студентами и аспирантам проходить стажировку в любом выбранном университете, который готов принять их как студентов, либо как специалистов, готовых поработать в экспериментальной науке. Основная цель стажировки – освоение новых методов и обмен опытом. Не так давно, при участии профессора Юрия Михайловича Львова в лаборатории биоматериалов и наноматериалов на кафедре микробиологии КФУ начали новый проект: работу с глинистыми нанотрубками – природными наноматериалами, которые имеют трубчатую структуру и называются галлуазит (halloysite). Основное преимущество галлуазита - его трубчатая структура, которая позволяет загружать в просвет трубок различные биологически активные компоненты. Кроме того, галлуазит является природным наноматериалом и, соответственно, нетоксичен для живых организмов. А потому его возможно использовать в качестве «наноконтейнера» для белков, антибактериальных и антикоррозийных веществ. В общем и целом это очень перспективный материал, который используется во многих отраслях науки и производства в мире. Лидером в этой области является Институт микропроизводства Технического университета Луизианы (Institute for micromanufactoring, Louisiana Tech University). В этом университете впервые начались работы с галлуазитом, применяя его для решения инженерных и научных задач.
В КФУ мы выполняем биологическую часть нашего проекта, то есть тестируем новые материалы с использованием различных микроорганизмов (дрожжей, бактерий), а также микроскопических червей и клеток растений. Основная моя задача в Луизиане состояла в создании эффективного гибридного наноматериала, который бы обладал антибактериальными свойствами и в то же время активное вещество должно было высвобождаться в течение длительного времени (8-72 часа). Выглядело это так. Мы загружали в нанотрубки биологически активные вещества против бактерий и плесени и запечатывали их в трубках специфическими «пробками», что позволяло снизить скорость их высвобождения и, тем самым, увеличить время действия активного вещества. Если мы, условно говоря, нанесем «зеленку» по ранке, то действие ее прекратится спустя несколько часов (после взаимодействия с воздухом от «зеленки» остается лишь цвет, пользы от которого нет). Используя предлагаемый нами метод, стало возможно создавать такие материалы, из которых «зеленка» высвобождается очень-очень медленно, постоянно доставляя свежую порцию антисептика в пораженный участок. Представляете, насколько быстрее зажила бы ранка на коже!
В настоящее время я планирую приступить к подготовке кандидатской диссертации, у меня уже есть достаточно для этого материала, а параллельно буду продолжать работать над проектом здесь, в Казани, на нашей университетской базе с теми знаниями, которые я получила во время стажировки в Америке.
Наша ткань не будет отторгаться
Дзамукова Мария, студентка 4 курса Института фундаментальной медицины и биологии КФУ:
‑ Недавно по результатам нашей работы была опубликована статья в зарубежном журнале Biomaterials Science. Иллюстрация из этой статьи была размещена на обложке журнала. Тема работы: тканевая инженерия на основе поверхностных магнитно-модифицированных клеток, без использования искусственных матриц. Матрицы представляют собой носители, которые вызывают реакцию отторжения при имплантации. В будущем мы можем строить из собственных клеток человека необходимые такни и органы, которые не будут отторгаться организмом. Пока это просто амбициозные планы, но, как говорится, дорогу осилит идущий.
Эта статья является результатом научного труда в течение полутора лет и базируется на результатах предыдущей деятельности: мы разработали способ магнитной модификации клеток человека, который основывается на электростатическом взаимодействии клетки с наночастицами. Мы научились контролировать при помощи магнитного поля место расположения клеток на расстоянии, без непосредственного контакта с клетками. Так с помощью магнита мы знаем порядок и структуру их расположения относительно друг друга, стараемся имитировать структуру настоящей ткани или органа.
К примеру, у нас есть полый орган, состоящий из поочередно расположенных слоев разных типов клеток, при помощи постоянного магнитного поля мы располагаем эти типы клеток последовательно. Таким образом, у нас получилось создать прототип фрагмента легкого человека ‑ он имел пористую структуру и авеолоподобные структуры, как в легком. Это первый образец, который получился в результате апробации метода тканевой инженерии на основе поверхностных магнитно-модифицированных клеток человека. Данному подходу, который позволяет создавать фрагменты ткани без использования искусственных подложек, и посвящена наша статья.
Я ездила в 2013 году на конференцию «Ломоносов» с этим докладом и победила в секции «Фундаментальная медицина». Проект поддержан также грантом РФФИ. Кроме того, результаты данной работы будут представлены на международных конференциях в Италии и Украине, на которые я поеду с докладами в сентябре.
Микрочерви предпочитают наномодифицированные клетки
Гульнур Давлетшина, студентка 4 курса Института фундаментальной медицины и биологии КФУ:
‑ Я ездила на XIII Всероссийскую выставку научно-технического творчества молодежи, которая проходила в Москве с 25 по 28 июня. Собралось более 1150 участников, я представляла Казанский федеральный университет с актуальной работой, которая задавалась вопросом: «Безопасны ли наноматериалы?» Тема проекта: разработка метода оценки безопасности наноматериалов.
В данной работе токсичность ряда наноматериалов была изучена с использованием в качестве тест-моделей свободно-живущих (не паразитических) нематод, червячков размером до 1,5 мм. Особенностью метода стало использование в работе наномодифицированных микробных клеток. Оценка воздействия наноматериалов на нематод осуществляется как на организменном (продолжительность жизни, рост, репродуктивность), так и на молекулярном (апоптоз, формирование активных форм кислорода) уровнях.
Практическое применение очень важно, и вот почему. Сейчас очень много внимания уделяется созданию нанолекарств, наноматериалов и прочих наноструктурированных препаратов. Безопасно ли это для человека? Мы дышим этим, это все проникает в нас через кровь в лимфу, накапливается. Реакция одноклеточных организмов не может сказать точно, как это будет действовать на человека, а наши червячки – первые многоклеточные организмы, геном которых был полностью секвенирован, была выявлена высокая степень гомологии с геномом человека.
Использование лабораторных животных (мышей, крыс, кроликов и тп.) в ряде случаев экономически невыгодно и вызывает серьезные этические возражения. Использование же червячков гораздо дешевле, нематоды очень плодовиты, в одной чашке может содержаться более тысячи особей. Кроме того, у них короткий жизненный цикл, около двух недель, за этот период они проходят стадии яйца, личинки и взрослой особи, их можно детально изучить под микроскопом.
В итоге я выиграла два гранта и получила диплом финалиста конкурса. Кроме того, наш проект был включен в электронно-информационный каталог экспозиции «Минобрнауки РФ».