​Первых специалистов по биофотонике выпустил Томский госуниверситет (ТГУ), возможно, они будут участвовать в главных научных открытиях ближайшего будущего. Ведь именно в биофизике их пророчат особенно много. Чем связаны изучение спутника Сатурна и болезни Альцгеймера и как томичи учатся диагностировать рак "с первой клеточки" – в материале РИА Томск.

Предсказание свойств

Поиски "новой Земли" в космосе ученые ведут давно. Один из объектов, к которому приковано их внимание, – спутник Сатурна Титан. У него, как и у Земли, есть плотная атмосфера, погодные циклы, хотя на поверхности находятся метан-этановые реки и озера, а вместо облаков из водяного пара – метановые.

"Несмотря на низкую температуру, Титан сопоставляют с Землей на ранних стадиях развития, и нельзя исключать, что на спутнике возможно существование простейших форм жизни, в частности, в подземных водоемах, где условия могут быть гораздо комфортнее, чем на поверхности", – рассказывает Виктор Черепанов, доктор физико-математических наук, завкафедрой оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ.

Среды таких планет слабо изучены, и разные научные группы сейчас заняты их моделированием, например, во Франции действует многолетняя исследовательская программа по атмосфере Титана. В 2007 году в рамках совместной аспирантуры ТГУ и Бургундского университета выпускницы ФФ ТГУ Юлии Калугиной томские физики присоединились к этой программе, с тех пор в ТГУ стало активно развиваться новое направление:

"Один из инструментов исследований таких сред – квантовая химия, которая позволяет расчетным путем определить свойства молекул (органических, сложных, любых!), необходимых для моделирования любых сред, в том числе инопланетных, формируемых этими молекулами. Перед Юлей была поставлена задача освоить неэмпирические методы квантовой химии.

Практически одновременно в Университет Хельсинки отправился второй аспирант (Рашид Валиев), где ему удалось освоить, развить и применить ab initio методы квантовой химии к исследованию фотофизики и магнитно-индуцированных свойств сложных органических и металлоорганических молекулярных соединений", – рассказывает Черепанов.

Это стало логичным продолжением давно заложенного вектора: в СФТИ ТГУ, в отделе фотоники молекул, в группе Георгия Майера и Виктора Артюхова ранее развивались методы полуэмпирической квантовой химии для расчетов фотофизичеких процесов органических молекул для создания активных лазерных сред, а также фотохимических процессов.

"В исследованиях в СФТИ всегда были заложены фундаментальные экспериментальные и теоретические знания, но при этом ученые думали всегда и о практическом их применении – где это можно приложить, чтобы решить какую-то проблему", – рассказывает Виктор Черепанов.

Звезды сошлись

Примерно в то же время, когда аспиранты осваивали за границей новые методы квантовой химии, в ТГУ появился суперкомпьютер, и в распоряжении ученых оказались мощные вычислительные ресурсы, а также современные квантово-химические пакеты программ.

С другой стороны, появилась лаборатория биофотоники, где под руководством Юрия Кистенева исследовались методы визуализации биологических тканей и спектральные методы диагностики заболеваний (например, по спектрам выдыхаемого воздуха, испарений с кожи). В этой лаборатории были созданы уникальные методы математической обработки измерений изображений и спектров молекул биологических объектов.

"Учитывая все эти факторы – развитие методов визуализации и квантовой химии, доступ к вычислительным ресурсам, наличие в Томске школ по фотонике молекул, молекулярной спектроскопии, мы решили открыть на физфаке в рамках магистратуры учебный модуль по биофотонике. Изучение рынка показало, что специалисты по биофотонике сейчас очень востребованы, их зарплаты находятся на верхней планке, спрос на них стремительно растет", – вспоминает Виктор Черепанов.

Однако быстро стало ясно, что задачи, которые предстоит решать выпускникам магистратуры по направлению "биофотоника", выходят за рамки факультета. Поэтому было принято решение открыть автономную магистерскую программу (АМП) по биофотонике в рамках САЕ Института биомедицины ТГУ. 

"Открытие отдельной программы позволило более четко сориентировать студентов на задачи биомедицины. Плюс появились возможности более тесного сотрудничества с другими АМП этого САЕ", – рассказывает Черепанов, ставший руководителем программы.

АМП "Биофотоника", открытая в 2017 году, стала первой англоязычной программой в России по этому направлению. В 2019-м дипломы получили четыре выпускника. Трое из них поступили в аспирантуру физического факультета ТГУ, один уехал продолжать исследования в Санкт-Петербург.

Поймай меня

Все основные открытия в мире совершаются в междисциплинарных областях, но именно в биофизике стоит ждать громких открытий ближайших лет. Это будут исследования, которые выведут медицину на новый уровень. В частности, у биофотоники, по словам Виктора Черепанова, первейшая задача – это диагностика опасных заболеваний на ранних стадиях:

"Когда только-только организовалась клетка (например, раковая), надо ее детектировать физическими методами (нас больше интересуют оптические или спектральные методы как наиболее чувствительные, хотя есть и другие) и предпринять меры. Сейчас это зачастую происходит слишком поздно, когда процесс уже нельзя прекратить – только приостановить".

Он поясняет, что сейчас их коллектив решает два аспекта этой проблемы. С одной стороны, это визуализация – нужно увидеть, что происходит в организме.

"В этой связи представляют интерес апконверсные наночастицы, разрабатываемые Рашидом Валиевым совместно с коллегами из Университета Стокгольма. Под воздействием инфракрасного излучения такие частицы начинают "светиться" в видимом диапазоне, что вызывает флуоресценцию исследуемых молекул в ткани вблизи этих наночастиц.

Это позволяет использовать их для биовизуализации: вводить глубоко в биоткань и изучать оптическими методами ее структуру и состав изнутри. С другой стороны, методами спектроскопии, в том числе с помощью квантовой химии, можно исследовать молекулярный состав и с этой точки зрения понять, как воздействовать", – рассказывает Черепанов.

Он подчеркивает: сейчас одно из самых перспективных направлений – это не просто биофизика, а биофизика мозга.

"Два года назад в ТГУ приезжал академик Михаил Угрюмов (Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН) и делал доклад по нейродегенеративным болезням. По его словам, до сих пор ни один человек не вылечился от нейродегенеративных заболеваний типа Паркинсона или Альцгеймера.

Если мы сможем добыть визуальную информацию из глубоких слоев мозга, поймем, что происходит на молекулярном уровне при развитии этих болезней, то, надеюсь, сможем подступиться совместно с медиками и к методам лечения", – подытоживает ученый.

Похожие новости

  • 31/03/2017

    Разработка томских ученых поможет создать более дешевое оборудование для лучевой терапии

    ​Аспирантка кафедры прикладной физики Физико-технического института ТПУ Ангелина Красных, ставшая победительницей конкурса «УМНИК-2016» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, занимается разработкой метода формирования электронных пучков, используемых в медицине, в частности при проведении лучевой терапии для борьбы с онкозаболеваниями.
    928
  • 07/05/2019

    Томская студентка разрабатывает аппарат для постоперационного лечения рака

    ​Студентка Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), участница программы УМНИК Алена Анищенко разрабатывает устройство для нагрева тканезамещающих имплантатов, использующихся в лечении злокачественных новообразований.
    403
  • 04/02/2016

    Томские ученые разработали новую стратегию лечения рака

    ​​​​Ученые разработали наноразмерные агенты, которые заставляют голодать раковые клетки, что приводит к замедлению их роста и развития, сообщает пресс-служба Томского политехнического университета (ТПУ).
    2644
  • 16/08/2016

    На реакторе ТПУ будут производить изотопы лютеция для лечения злокачественных опухолей

    ​На исследовательском реакторе Томского политехнического университета планируется запустить линию по производству лютеция-177 с небольшим содержанием лютеция-178. Эти изотопы станут основой радиофармпрепаратов для лучевой терапии злокачественных опухолей.
    1309
  • 27/07/2016

    Российская передовая разработка для эстетической медицины

    ​Имея развитую сеть клиник и отделений эстетической медицины и косметологии, наша страна, к сожалению, располагает в этой сфере по большей части иностранным оборудованием.  Сегодня самые различные зарубежные фирмы "кормятся" в России, поставляя целые линии аппаратов.
    1007
  • 22/06/2017

    В ТПУ создали технологию безотходного производства изотопов для диагностики рака

    Ученые Томского политехнического университета разработали генераторы технеция-99м, позволяющие получать один из самых востребованных радиоактивных изотопов в ядерной медицине без отходов. Благодаря созданной технологии дорогостоящее сырье (молибден-98) можно регенерировать и использовать повторно.
    1017
  • 21/01/2019

    Томские радиофизики создают систему ранней диагностики рака молочной железы

    ​Радиофизики ТГУ разрабатывают устройство, которое будет способно на ранней стадии выявлять рак молочной железы, а также проводить неинвазивную диагностику крови и заболеваний внутренних органов с помощью радиоволн.
    925
  • 02/01/2017

    Главные научные события 2016 года: секвенирование экзома, перепрограммирование клеток и трансфер технологий

    Редакция STRF.ru выяснила у представителей российского сектора исследований и разработок, что они считают главным научным событием 2016 года, каких наиболее значимых результатов они и их научные коллективы достигли в уходящем году, а также каковы их планы на 2017-й.
    1684
  • 15/05/2019

    Аспирантка ТПУ представила нательные электронные сенсоры из оксида графена на конкурсе U-NOVUS

    ​В Томске в рамках форума U-NOVUS-2019 прошел очный этап конкурса разработок молодых ученых. На нем в Доме ученых свои проекты презентовали студенты, аспиранты и научные сотрудники вузов региона. Томский политехнический университет представила аспирантка Анна Липовка.
    343
  • 13/08/2018

    Томские ученые знают, как «захватить» наномир

    ​Пока мировое сообщество пытается узнать, что таят в себе морские глубины необъятного Мирового океана и бесконечное космическое пространство, зарубежные ученые Томского политехнического университета — профессора Рауль Родригес и Евгения Сергеевна Шеремет — пытаются «захватить» наномир и контролировать отдельные молекулы.
    556