Как заглянуть внутрь живого организма и увидеть, что происходит, например, с имплантом, не прибегая к повторным хирургическим вмешательствам? В лаборатории молекулярного имиджинга ФИЦ Биотехнологии РАН для этого сочетают магнитно-резонансную томографию с флуоресцентной визуализацией. Руководитель лаборатории Виктория Жердева в интервью объединенной редакции проектов «Индикатор» и InScience.News рассказывает про баланс фундаментальных и прикладных исследований, про уникальный магнитно-резонансный томограф, ставший «сердцем» лаборатории, про историю создания научного подразделения и личный профессиональный путь, а также про барьеры, препятствующие широкому внедрению новых технологий в повседневную клиническую практику.
– Виктория Вячеславовна, как появилась лаборатория молекулярного имиджинга в ФИЦ Биотехнологии РАН и как менялись её задачи по мере того, как развивались флуоресцентный имиджинг, магнитно-резонансная визуализация и другие методы молекулярной визуализации?
– Лаборатория молекулярного имиджинга была создана в 2018 году по программе мегагрантов Правительства Российской Федерации. Создание лаборатории стало возможным благодаря совместным усилиям ведущих ученых: доктора биологических наук, профессора Алексея Алексеевича Богданова (Массачусетский университет), доктора химических наук, профессора Александра Павловича Савицкого (ФИЦ Биотехнологии РАН) и доктора физико-математических наук, профессора, члена-корреспондента РАН Валерия Викторовича Тучина (Саратовский государственный университет).
| На первых этапах главный фокус наших исследований был направлен на совмещение МРТ и флуоресцентного имиджинга. Такой гибридный подход решает ограничения каждого метода в отдельности. Современные оптические методы дают великолепное пространственное разрешение на уровне клеток, но ограничены глубиной проникновения в ткани. МРТ незаменима для визуализации целого организма, но не работает для детекции молекулярных процессов в клетке. Именно поэтому задачи лаборатории эволюционировали в сторону мультимодальности и создания гибридных методов.
Стык биологии и точных наук чрезвычайно перспективен. Методы биофотоники и магнитно-резонансной томографии открывают уникальную возможность в буквальном смысле заглянуть вглубь живых механизмов без хирургического вмешательства. В медицине это определяет глобальный переход от инвазивных методов к неинвазивным. |
 Междисциплинарный научный коллектив лаборатории молекулярного имиджинга, 2018 |
В последние годы, сохранив мультимодальные подходы, мы сместили фокус исследований в область практических биомедицинских приложений. Новые направления возникли из совместных проектов и прямых запросов от специалистов из сферы медицины, фармации и материаловедения. Мы сфокусировались на самых перспективных современных направлениях. Во-первых, это методы на основе тканеспецифичных органоидов — за рубежом они уже активно используются лабораториями и фармкомпаниями как платформы для тестирования противоопухолевых соединений.
Во-вторых, мы исследуем композитные имплантируемые материалы и тканеинженерные конструкции, которые необходимы для решения насущных задач реконструктивной хирургии.
И в-третьих, это создание моделей нейродегенерации и демиелинизации на мышах, что позволяет детально изучать основы профилактики возрастных изменений. И везде система 1Т МРТ выступает, если можно так выразиться, как «наукоцентричное» ядро.
Мы взаимодействуем с коллегами разных специальностей: химики, физики, инженеры, врачи, фармакологи, материаловеды, так как круг решаемых нами задач относится к междисциплинарным областям, и только при тесной кооперации они могут быть успешно решены.
– Был ли у лаборатории свой «момент старта» – проект, прибор или коллаборация, после которых стало понятно, что вы становитесь центром компетенций по молекулярному имиджингу в ФИЦ Биотехнологии РАН?
– Ключевым фактором успешного старта лаборатории послужила реализация мегагранта и привлечение в качестве ведущего ученого профессора Алексея Алексеевича Богданова. Его фундаментальный международный опыт в области молекулярного имиджинга определил методологическую основу наших исследований.
Важным этапом формирования инструментальной базы нашей лаборатории стало внедрение системы низкопольного магнитно-резонансного томографа для мелких лабораторных животных с напряженностью магнитного поля 1 Тесла (Тл). Этот аппарат стал главным научно-технологическим драйвером наших мультимодальных исследований.
 Установка 1Т М3 МРТ в лаборатории молекулярного имиджинга, 2020 |
О нашем томографе стоит сказать отдельно. На одной из фотографий вы можете увидеть его рядом с сотрудниками в полный рост — это отлично позволяет оценить его реальные размеры. Он, действительно, невероятно компактный!
Этот томограф работает на постоянном неодимовом магните (сплав неодим-железо-бор). Такая технология дает колоссальные преимущества: аппарату не нужно огромное количество электроэнергии для индукции магнитного поля и, в отличие от больших клинических или доклинических 7 Тл систем, ему абсолютно не требуется жидкий гелий для охлаждения. При весе в 600 кг вся конструкция вместе с подставкой на колесах занимает всего 1 квадратный метр площади. Кроме того, он очень прост и удобен в управлении для оператора. Единственное ограничение – этот томограф спроектирован исключительно для мышей. Диаметр внутренней апертуры рассчитан только на этих грызунов. Поэтому, при всей нашей огромной любви к животным, мы, увы, чисто технически не можем откликнуться на частые просьбы сделать МРТ крысе или домашней кошке.
|
– Как сложился Ваш личный путь в эту область: что привело Вас в молекулярную визуализацию, когда Вы оказались в ФИЦ Биотехнологии РАН и как в итоге возглавили лабораторию?
– Я окончила 2-й Московский медицинский институт имени Н. И. Пирогова (сейчас это Российский национальный исследовательский медицинский университет) по специальности “врач-биофизик”. Существенное влияние на формирование моего профессионального вектора оказал руководитель моей кандидатской диссертации – доктор химических наук, профессор Александр Павлович Савицкий, чей глубокий интерес к этой области стал для меня ориентиром.
Моя научно-исследовательская деятельность в Центре началась в лаборатории физической биохимии Института биохимии им. А. Н. Баха (сейчас Институт входит в состав ФИЦ Биотехнологии РАН) в конце 90-ых годов, страшно сказать, прошлого века. Я с большим теплом вспоминаю тот период, хотя он был во многом и сложен. Академические институты тогда опустели, многие коллеги уезжали, самые стойкие оставались. Но стала активно развиваться система грантовой поддержки, появилась возможность международного сотрудничества – этакая оттепель.
Виктория Жердева за работой, 1998 |
 Лаборатория физико-химической биологии, 2000 |
А в 2018 году, на этапе запуска мегагранта, я активно включилась в формирование новой междисциплинарной команды. Выполняя обязанности заместителя заведующего, я координировала ежедневную исследовательскую практику и административное сопровождение проекта. Этот опыт эффективного совмещения академической работы и общего руководства позволил мне в итоге возглавить лабораторию. Сегодня мы пытаемся как сохранить направление, заложенное на этапе становления лаборатории, так и формировать новые, важные векторы работы, востребованные современной биомедициной.
– Молекулярный имиджинг – это всегда баланс между фундаментальными биохимическими вопросами (мишени, маркеры, кинетика взаимодействий) и очень прикладными задачами – от диагностики до контроля эффективности терапии. Как Вы распределяете силы между этими полюсами?
– Мы не разделяем фундаментальные и прикладные исследования, для нашей лаборатории это единый цикл. Именно запросы практической медицины служат для нас главным ориентиром и определяют постановку конкретных задач. Отталкиваясь от клинических потребностей, мы погружаемся в фундаментальные вопросы биохимии, биотехнологии, молекулярной биологии, биофизики, радиологии и биофотоники. Можно сказать, что клиническая практика – это наш вектор движения, а выявление механизмов и биологических эффектов на основе научных подходов – наш фундамент. Наша мечта и конечная цель – разрабатывать и внедрять инновационные решения, которые в дальнейшем могут быть успешно транслированы в практическое здравоохранение.
– Если смотреть на 10–15 лет вперёд, какой Вы видите лабораторию молекулярного имиджинга: какие платформы и типы контрастных агентов станут для вас основными и какие области применения – онкология, инфекционные болезни, нейронаука – вам особенно интересны?
– Хочется надеяться, что наша лаборатория станет во многом связующим звеном на стыке фундаментальной науки и практики. Мы не занимаемся прямым синтезом зондов или мультимодальных наночастиц, но мы можем провести их тестирование и валидацию in vivo.
Отталкиваясь от глубокого понимания биологических процессов, мы скорее сами формулируем технологические задачи для химиков-синтетиков. В качестве перспективной платформы мы рассматриваем молекулярные активационные зонды, разработку и внедрение «умных» материалов и меток, работающих, в частности, во втором окне прозрачности ближнего ИК-диапазона (NIR-II), а также мультимодальные наночастицы.
В последнее время коллеги все чаще обращаются к нам с запросами на изучение характеристик инновационных мультимодальных агентов. И мы всегда рады подобным задачам: это не просто помощь в решении задач, но и возможность для нас самих исследовать новые возможности нашего томографа.
Как я уже говорила, наш исследовательский фокус активно расширяется в сторону прецизионной онкологии, нейронаук (включая изучение процессов старения мозга), а также направлений общей и реконструктивной хирургии, связанных с мониторингом биоинтеграции и резорбции имплантируемых материалов, тканеинженерных конструкций.
– Что сейчас, на Ваш взгляд, является главным ограничением для широкого внедрения молекулярного имиджинга в клинику? Ряд методов молекулярного имиджинга (особенно ПЭТ/КТ и ОФЭКТ) уже стали «золотым стандартом» клинической диагностики в онкологии и неврологии.
Клиническая трансляция инновационных методов, действительно, сложная. Например, метод интраоперационной флуоресценции (в частности, навигация с красителем индоцианином зеленым) уже применяется в хирургии, и ее пытаются сделать таргетной. Про ограничения внедрения можно говорить много. Ключевым ограничением для внедрения новых разработок в реальную клиническую практику остаются регуляторные барьеры, высокая стоимость доклинических токсикологических испытаний и сложность получения разрешительной документации. Если говорить про физические и биологические основы ограничений, то это предмет целой лекции.