Стипендиаты Президента Российской Федерации, или Кто сегодня работает на будущую экономику России

Казанский федеральный университет славен своими молодыми кадрами: аспирантами, молодыми учеными, которые получают поддержку и признание в виде грантов, стипендий. Одной из таких материальных наград и, пожалуй, самой престижной является стипендия Президента Российской Федерации.

Напомним, что 7 ноября состоялось заседание Совета по грантам Президента Российской Федерации, посвященное утверждению результатов конкурсных заявок на право получения стипендий Президента Российской Федерации на 2012-2014 годы. Нашими стипендиатами стали семеро молодых ученых и аспирантов, имеющие научные работы в приоритетных областях модернизации экономики России, причем четверо из них являются питомцами Химического института им. Бутлерова.

Мы встретились с лауреатами конкурса и попросили рассказать о практической пользе их научных разработок.

Анна Порфирьева:

Для справки. Анна Порфирьева ‑ научный сотрудник отдела аналитической химии, в 2008 году защитила кандидатскую диссертацию «Электрохимические ДНК-сенсоры на основе электрополимеризованных материалов». В 2004 году награждена дипломом Министерства образования и науки Российской Федерации по итогам открытого конкурса на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ. В 2008 году по итогам участия в научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» в рамках VIII Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи удостоена диплома II степени, Серебряной медали и медали «За успехи в научно-техническом творчестве». Исполнитель грантов РФФИ №№ 03-03-32492-а, 06-03-32217-а, 08-03-00161-а, 09-03-92420-КЭ-а, 09-03-00309-а, 11-03-00381а. Руководитель гранта Президента Российской Федерации для поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук, 2009-2010 г.г. Руководитель гранта РФФИ 12-03-31737, 2012-2013 г.г. Исполнитель госконтрактов №16.740.11.0496 и №16.740.11.0597 в рамках мероприятий ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.  Стажировалась в Институте биофизики Академии наук Чехии (Брно, 2005), дважды – в Университете Комениуса (Братислава, 2006, 2007). Автор семнадцати статей в международных и пяти статей в отечественных журналах, двадцати трех тезисов доклада, трех  патентов и одного учебного пособия.

Научный руководитель – заведующий кафедрой аналитической химии, доктор химических наук, профессор Геннадий Артурович Евтюгин.

‑ Я занимаюсь разработкой биосенсоров для определения биологически активных соединений, используемых в медицине, – маркеров заболеваний, лекарственных препаратов, генотоксикантов, для регистрации повреждения ДНК под действием химических факторов. Такие исследования связаны с необходимостью развития современных методов ДНК-диагностики и скрининга лекарственных препаратов, которые пока слишком сложны и дорогостоящи для широкого применения. Помимо этого, существуют проблемы метрологического характера, специфические задачи фармакокинетики, потребность раздельного и группового определения медицинских препаратов, учета индивидуальных особенностей  пациентов. Все это определяет актуальность проводимых исследований и внимание, уделяемое ДНК-сенсорам в современной науке. Особенно большое внимание уделяется совокупности проблем раннего обнаружения и лечения онкологических заболеваний, в том числе поиска более эффективных противораковых препаратов. На создание новых подходов к конструированию биосенсоров и направлен мой проект.

Работа, представленная на конкурс, является развитием темы моей кандидатской диссертации. В ней мы изучали способы определения белков, взаимодействующих с ДНК, – так называемых аутоиммунных антител. Теперь мы используем сходные подходы для других соединений ‑ это антрациклиновые и феназиновые противораковые препараты, возможно, сульфаниламиды, специфические белки, способные связываться с ДНК и аптамерами – синтетическими олигонуклеотидными рецепторами. То, над чем я работаю, связано, прежде всего, с новыми подходами к формированию биочувствительного слоя биосенсора. Для этого предложены гибридные материалы на основе ДНК и некоторых полимеров с включением наночастиц золота и серебра, углеродных нанотрубок, электрополимеризованных пленок.

Формирование гибридных покрытий происходит за счет самосборки, что повышает воспроизводимость их характеристик, а также позволяет в перспективе получать микросенсоры любой геометрии и формы. Основные усилия направлены на обеспечение высокой чувствительности сигнала, это связано с современными требованиями к определению низких и сверхнизких количеств веществ. Многие используемые нами материалы относятся к числу наиболее перспективных в решении и других задач нанотехнологий и фарманализа, разрабатываемые методики могут быть достаточно легко адаптированы к другим рецепторным молекулам, что расширяет потенциальную область применения биосенсоров.

В нашей работе мы сотрудничаем с крупными научными центрами РАН, МГУ, Университетом Комениуса в Братиславе, Словакия.

Результаты конкурса были объявлены достаточно быстро. Победили проекты, которые имеют наиболее весомый потенциал. В моей работе существуют два аспекта. Во-первых, разработанные нами биосенсоры  являются средством изучения взаимодействия ДНК-субстрат, например, при исследовании кинетики их взаимодействия, оценке потенциальной активности лекарственного препарата, выяснении роли тех или иных взаимодействий при функционировании клетки. Также с их помощью можно проводить анализ сверхмалых количеств лекарственных препаратов в организме человека, при контроле производства и хранения лекарств.

Никита Штырлин:

Для справки. Никита Штырлин ‑ автор тридцати четырех научных трудов, в том числе шести статей в зарубежных научных журналах и российских журналах из списка ВАК, одного патента РФ и двух заявок на патент РФ.

Научный руководитель ‑ директор НОЦ Фармацевтики КФУ» кандидат химических наук, доцент Юрий Григорьевич Штырлин.

‑ Мое научное исследование посвящено использованию витамина В₆ (пиридоксина) в качестве транспортной системы для эффективной доставки фармакофорных групп в живые клетки и ткани и является новым перспективным подходом в разработке инновационных лекарственных средств. Основной предпосылкой для реализации подобного подхода является участие пиридоксина в широком спектре метаболических процессов. Последнее делает возможным создание на основе пиридоксина пролекарств с различными видами активности, способных избирательно вовлекаться в определенные метаболические/транспортные пути и высвобождать фармацевтическую субстанцию в клетках-мишенях.

В рамках проводимых исследований для создания нового поколения лекарственных средств синтезированные нами новые производные пиридоксина используются в качестве «строительных блоков» фармацевтических субстанций. В качестве фармакофорных групп используются фрагменты известных НПВС (нестероидных противовоспалительных препаратов). Посредством введения фармакофорных групп в различные положения пиридинового кольца пиридоксина исследуются закономерности «структура ‑ биологическая активность», затем на основе полученных данных устанавливается структура наиболее эффективных соединений-лидеров, обладающих высокой противовоспалительной активностью и выгодно отличающихся от известных препаратов низкой токсичностью и побочными эффектами.

Разрабатываемые нами биологические активные вещества – противовоспалительные препараты на основе витамина В₆ (пиридоксина) – могут быть востребованы в сфере фармацевтической промышленности, которая на сегодняшний день является одной из наиболее приоритетных областей модернизации экономики России. Наша исследовательская группа работает в тесной интеграции с медицинскими учреждениями и клинико-диагностическими лабораториями России и Республики Татарстан, что позволяет ориентировать осуществляемые разработки на решение наиболее актуальных проблем в области клинической медицины.

Елена Андрейко:

Для справки. Елена Андрейко ‑ автор тринадцати статей в отечественных (Ученые записки Казанского государственного университета, 2007, Известия Академии наук. Серия химическая, 2009, Оптика и спектроскопия, 2011, Бутлеровские сообщения, 2012) и международных журналах (Tetrahedron, 2008-2009, Langmuir, 2009,2011, J. Phys. Chem., 2009, J. Nanoparticle Research, 2011, RSC Advances, 2012, Journal of Physical Organic Chemistry, 2012), одной монографии «Supramolecular Architecture-Controlled Self-Assemblies of Calixarenes». Результаты научной работы были обсуждены на 15 студенческих, всероссийских и международных научных конференциях.

Научные руководители – доктор химических наук, профессор кафедры органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова Иван Иванович Стойков и доктор химических наук, чл.-корр. РАН, заведующий кафедрой органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова профессор Игорь Сергеевич Антипин.

‑ Моя научная работа посвящена актуальной задаче установления закономерностей процессов самосборки и самоорганизации систем на основе стереоизомеров функционализированных тиакаликс[4]аренов и создания наночастиц как компонентов программируемых материалов нового поколения. Работа является частью систематического исследования в области разработки наноразмерных и супрамолекулярных структур на основе (тиа)каликсаренов. Исследование ведется в рамках одного из приоритетных направлений развития науки и технологий РФ «Индустрия наносистем и материалов» и в области критических технологий «Нанотехнологии и наноматериалы». Спонтанная самопроизвольная ассоциация определенного числа молекулярных компонентов, направляемая распознаванием, под контролем со стороны межмолекулярных нековалентных взаимодействий, открывает возможность применения таких самопроцессов, как самоассоциация, самоорганизация, воспроизведение, или репликация, для синтеза наночастиц и функциональных наноструктурированных материалов.

Потенциальная практическая польза очень важна для научного исследования. В моей работе она заключается в применении наноразмерных агрегатов для создания на их основе сенсоров на биомакромолекулы, молекулярных переключателей, а также материалов, обладающих бактерицидными или бактериостатическими свойствами. По результатам научной работы получено два патента.

           Игорь Седов:

           - Для справки. Автор пятнадцати статей в журналах, входящих в базы данных ISI и Scopus, из них десять в зарубежных, пять ‑ в российских.

Научный руководитель – заведующий кафедрой физической химии профессор Борис Николаевич Соломонов.

‑ Мои исследования носят теоретический характер, поэтому очень важным был выбор объекта. Меня заинтересовали прорывные работы последних пяти лет, в которых экспериментально определены кристаллические структуры ряда рецепторов из организма человека и животных, отвечающих за множество различных процессов: иммунную регуляцию, передачу нервных импульсов, регуляцию настроения, аллергические реакции, зрение, обоняние. Речь идет о так называемых рецепторах, сопряжённых с G-белком, или сокращенно GPCR-рецепторах. Знание пространственной структуры рецепторов является необходимым условием для предсказания активности потенциальных лекарственных препаратов и биологически активных веществ, воздействующих на них. Теперь эти данные имеются. Поэтому я выбрал связывание с GPCR-рецепторами в качестве темы своей работы. Заявку на конкурс я отправил в сентябре, а в октябре за исследования структуры GPCR-рецепторов двум американским ученым была присуждена Нобелевская премия по химии 2012 года. Так что не один я посчитал данную тему актуальной.

А теперь ‑ слово биологам. Всех их объединяет то, что научным руководителем стипендиатов является доктор биологических наук, заведующий кафедрой генетики, заместитель директора института фундаментальной медицины и биологии по научной деятельности, заведующий отделом генных и клеточных технологий НОЦ фармацевтики КФУ Альберт Анатольевич Ризванов.

Наталья Блатт:

Для справки. Наталья Блатт – к.б.н., научный сотрудник НОЦ фармацевтики КФУ. Тема ее работы «Влияние экзогенных генетических и клеточных факторов на развитие атеросклероза сосудов головного мозга»

‑ Заболевания сосудов головного мозга представляют огромную проблему. В первую очередь, это относится к атеросклеротическим заболеваниям, при которых нарушается мозговое кровоснабжение. Атеросклеротические бляшки могут со временем настолько сузить просвет сосуда, что участок мозга перестает получать в достаточной степени кислород и развивается ишемический инсульт. Согласно данным Всемирной Организации Здравоохранения, в развитых странах инсульты и другие церебро-васкулярные заболевания занимают второе место по причинам смертности (после заболеваний сердца). С другой стороны, большие надежды связывают с развитием регенеративной медицины, в том числе терапии с применением стволовых клеток и генной терапии.

На кафедре генетики под руководством Ризванова Альберта Анатольевича разрабатываются новые методы комбинированной генно-клеточной терапии различных дегенеративных заболеваний. Однако прежде чем подобные методы можно будет внедрять в клинику, важно понять, как введение генных и клеточных препаратов отразится на состоянии сосудов головного мозга, особенно, если они уже подвержены атеросклерозу. Моей задачей является исследование процессов развития патологий мозга на моделях грызунов, у которых искусственно вызывается атеросклероз за счет специальной жирной диеты. Кроме того, мы оцениваем терапевтический эффект генетически модифицированных стволовых клеток, которые мы вводим подопытным животным с экспериментально вызванным атеросклерозом.

Екатерина Мартынова:

Для справки. Екатерина Мартынова – младший научный сотрудник отдела генных и клеточных технологий НОЦ фармацевтики КФУ, аспирантка кафедры детских инфекций КГМУ. Тема ее работы «Использование рекомбинантных лентивирусов для исследования патогенеза инфекции invitro и скрининга лекарственных препаратов».

‑ Проблема лечения и профилактики ВИЧ-инфекции – одна из наиболее актуальных во всем мире. В связи с этим была разработана биологически безопасная, простая в использовании и эффективная клеточная модель ВИЧ-инфекции. Суть состоит в том, что удалось смоделировать один из основных этапов жизненного цикла вируса в условиях invitro, то есть в пробирке. Был получен искусственный репликативно-дефектный (то есть не способный к самовоспроизведению) вирус, способный заражать стандартную культуру клеток человека. Вирус кодирует ген зеленого флуоресцентного белка, поэтому по зеленому свечению зараженной клетки легко проследить проникновение вируса. При помощи такой модели ВИЧ-инфекции стало возможным проведение скрининговых (поисковых) доклинических исследований, а именно – тестирование препаратов против ВИЧ-инфекции – в обычных лабораториях, а не в специализированных вирусологических лабораториях. Это позволит существенно снизить стоимость исследований по разработке новых противовирусных препаратов. В планах создание аналогичных биобезопасных моделей для других вирусных инфекций.

Ильнур Салафутдинов:

Для справки. Ильнур Салафутдинов –  к.б.н., научный сотрудник отдела генных и клеточных технологий НОЦ фармацевтики КФУ. Тема его научной работы «Характеристика секретома и протеома генетически модифицированных клеток человека».

‑ Программа научных исследований проекта посвящена широко обсуждаемым как в научной среде, так и в средствах массовой информации стволовым клеткам, а также их генетически модифицированным производным. В настоящее время заместительная клеточная терапия, широко применяемая при различных патологических нарушениях, по сути, является комплексной и предполагает не только физическое замещение утраченных клеток, но и трофическое обеспечение поврежденных и потенциально жизнеспособных клеток. Трансплантируемые стволовые клетки продуцируют широкий спектр  молекул с различной степенью биологической активности. Влияние этих биомолекул проявляется в повышении выживания как трансплантируемых, так и окружающих их клеток. Также рассматривается стратегия, основанная на применении разнообразных«клеточных векторов» для доставки терапевтических генов в очаги дегенерации. Наиболее перспективными в этом отношении также могут быть стволовые клетки. Генетически модифицированные стволовые клетки способны значительно усилить терапевтический эффект трансплантируемых клеток и регенеративный потенциал органа-мишени за счет секреции различных белковых факторов. Выяснение и характеризация данных белковых факторов является важной задачей для раскрытия тонкого микромира межклеточных взаимодействий и потенциально для создания более эффективных методов лечения широкого круга заболеваний человека.

Также, мне хочется отметить, что любые современные исследования ‑ это труд не одного человека, и порой не одной лаборатории. Мне повезло, я работаю в лучшей лаборатории нашего университета! Меня окружают молодые и жаждущие познавать все новое и новое коллеги. У меня замечательный руководитель, хотя порой с ним нелегко. Мой успех – это, безусловно, заслуга всего коллектива.

Как мне кажется, для дальнейшего развития исследований в области генно-клеточных технологий в нашем университете появились все необходимые ресурсы и технические средства, а также существует возможность кооперации с различными исследовательскими группами как внутри страны, так и за ее пределами.