​Ученый-биолог из Красноярска Екатерина Шишацкая разрабатывает уникальные способы получения материалов для медицинских имплантатов. В фокусе исследований – материалы для сердечно-сосудистой хирургии. Вместе с этим она занимается популяризацией науки и пытается бороться с половым неравенством в научном сообществе.  

Многие знают, что пластик в природе разрушается более 100 лет, а большинство биоразлагаемых пакетов не такие уж разлагаемые: они распадаются на фрагменты из того же пластика, и попадают в желудки птиц и рыб, вызывая их гибель. С каждым годом объем пластикового мусора только растет. Что делать? Искать ответ у самой природы, уверена Екатерина.

О науке

Смотреть на бактерии как на «фабрику» по производству пластика и других ценных продуктов начали еще в конце прошлого века, и на сегодня разработки уже позволяют нам планировать, как мы будем использовать изделия из биопластиков в повседневной жизни, в том числе, в медицине.

Екатерина Шишацкая работает в Сибирском федеральном университете и занимается изучением определенных типов совместимых с организмом термопластичных полимерных материалов, синтезируемых бактериями. Эти полимеры вырабатываются бактериальной культурой, внутри клеток, в условиях несбалансированного роста, они состоят из мономеров карбоновых кислот и при разрушении не вредят организму. Термопластичность – свойство материалов, позволяющее сохранять нужную форму изделия после расплавления и охлаждения. Чтобы придать форму шариковой ручке или одноразовому стакану, на заводе пластик расплавляется, становится жидким, затем кристаллизуется и снова твердеет, и получается то, что мы хотели. В случае медицинских имплантатов и изделий происходит все тоже самое. Екатерина называет создаваемый ею медицинский материал магическим, потому что он формируется внутри бактерии, как будто в живой фабрике.

– Я считаю, что все наши технологии в будущем должны быть такими, – говорит Екатерина. – Мы не должны вредить окружающему миру, не должны вмешиваться в процессы, которые происходили в природе до того, как появился человек и его промышленные производства с их отходами.

Сейчас многие ученые по всему миру занимаются исследованиями, которые позволяют изменять гены различных организмов. Культура бактерий, с которыми работает Екатерина, была выделена из природных экосистем, и сегодня микробы «выдрессированы» так, что до 90–95 % от массы их клетки составляет полимерный материал. Красноярским ученым не нужно вмешиваться в геном, чтобы создать необходимые бактерии. Они просто определенным образом влияют на среду и таким образом получают высокую продуктивность культуры.

– Но получение материала – это только половина сказки. Дело в том, что наработанный бактериями материал может разрушаться, оставляя после себя лишь воду и углекислый газ. Сегодня многие направляют бактерии на борьбу с загрязнениями почвы, водоемов, океанов, и это здорово. Моя задача – разрушать материал внутри организма млекопитающего, а значит, такой материал может служить основой, каркасом для искусственных тканей и органов человека. Да, я немного волшебница, я из лаборатории, где все такие, – улыбается Екатерина.

Она и ее коллеги проводят бактериальный биосинтез годами, но не перестают удивляться получаемым результатам. Мама Екатерины – доктор биологических наук Татьяна Волова, как и дочь, очень упрямая. Она синтезирует свои полимеры в бактериях уже больше сорока лет и сейчас разрабатывает «умные» сельскохозяйственные препараты. Екатерина решила пойти другим путем и сделать что-то для медицины. То, что можно будет применить уже завтра.

О медицине

– В мире есть три значимые причины смертности: это травмы в результате чрезвычайных происшествий, патологий сердечно-сосудистой системы и злокачественных новообразований, тех, что называют «раком». По этим трем причинам люди гибнут каждую минуту. Мы выбрали направление лечения сердечно-сосудистых болезней, – рассказывает героиня.

В нашей стране каждая вторая смерть вызвана сердечно-сосудистыми заболеваниями или так или иначе связана с ними. Атеросклеротические поражения занимают большую часть из всех случаев. Смерть в результате атеросклероза и ишемической болезни сердца, головного мозга и других жизненно важных органов развивается на фоне поражения стенок кровеносных сосудов. Сосуды сужаются, сжимаются, и развивается ишемия органа – дефицит кислорода. С ишемией сердца можно бороться несколькими способами, и многие даже не медики сегодня знают, что такое стенты для коронарных сосудов – очень маленькие сетчатые трубочки-имплантаты из металла, расправляющие суженный сосуд и не позволяющие ему сжиматься вновь.

Процедура стентирования проводится довольно часто и дает высокую эффективность. Но впоследствии, когда сосуд уже «вылечен» и стент не нужен, он начинает действовать как чужеродное тело, вызывая воспаление. Если сосуд сужен на большом протяжении, то его проще заменить – поставить сосуд, взятый у самого пациента, или синтетический. Или биоинженерный, но это пока в будущем. Наконец, если таких сосудов много, если ткань самого сердца уже очень ослаблена в результате многолетнего заболевания, нужно менять все сердце.

При всех этих клинических ситуациях всегда есть значительные нарушения, например, нарушается способность организма регулировать себя самому (гомеостаз), поэтому, если просто убрать больные сосуды и вместо них поставить новые биоинженерные, организм их заново «испортит». Это происходит, потому что порочная цепь выработки факторов воспаления, некроза и других патологических молекул уже сформировалась. Снова отложится холестерин, сформируются бляшки и начнется ишемия. Соответственно, к материалу для реконструкции органов сердечно-сосудистой системы при атеросклерозе очень высокие требования: он должен «гасить» воспаление, как бы возвращать организм обратно, в здоровое состояние, после того, как изделие – стент или сосуд – из этого материала имплантировали больному.

Известно, что наши клетки реагируют на сигналы механического усилия извне и, таким образом, в теории каким-то определенным сигналом можно запрограммировать ответ клетки. Материал имплантата может «вылечить» ткань, которая формируется при контакте с ним.

При развитии атеросклероза очень важную роль играют определенные клетки крови – моноциты, которых в организме всего 4–6%. Они – предшественники тканевых макрофагов. Человек поправляется после болезни или у него заживает царапина после пореза, благодаря в том числе и этим клеткам – их количество обратимо увеличивается, они секретируют факторы заживления, происходит регенерация. Но при сложных и длительных заболеваниях макрофаги «ломаются» и вместо заживления их избыток вызывает воспаление, грубое рубцевание и другие отрицательные проявления, которые организму не нужны. При атеросклерозе в сосуде откладывается холестерин, кальций, формируется бляшка, что приводит к сужению просвета и затруднению тока крови. При этом в бляшках созревает популяция «плохих» макрофагов, которые усугубляют локальные патологические проявления и секретируют в кровь факторы воспаления и некроза тканей, что, в свою очередь, провоцирует рост бляшек повсюду.

– Чтобы провести исследование мы берем образец моноцитов у пациента до установки ему обычного коронарного стента, высеиваем их на подложку из биопластика с определенным составом и нано-профилем поверхности, и проводим скрининг различных параметров: как меняется форма, или фенотип, клеток, уровень и качественный состав молекулярных показателей, характерных для моноцитов-макрофагов при атеросклерозе. Потом пробы повторяются – уже после того, как в коронарные сосуды поставлены стенты, и у нас есть возможность оценить разницу в сдвигах патофизиологических событий. Сегодня, после примерно 20 месяцев работы, мы отмечаем очень выраженные различия – и в зависимости от состояния пациента, и от состава и поверхности полимерного материала.

Основной полимер в группе полигидроксиалканоатов – поли-3-гидроксибутират, состоящий из мономеров гидроксимасляной кислоты. Масляная кислота есть в теле человека, она усваивается при пищеварении в тонком кишечнике вместе с другими питательными веществами. Когда исследователи под руководством Шишацкой имплантируют полимер гидроксимасляной кислоты, она распадается на более мелкие цепочки, олигомеры, и мономеры, которые разрушаются до конечных продуктов – воды и углекислоты.

– Сделать из поли-3-гидроксибутират стенты и сосуды технически можно, как и многое другое, но по механическим свойствам это жесткий, хрупкий и гидрофобный (не любящий воду – прим. ред) материал. Мы делаем полимер разного состава, двух, трех, и даже четырёхкомпонентные, чтобы получить что-то более приятное для клеток – более мягкое, эластичное, растяжимое и гидрофильное – мы добавляем разные мономеры, которые встраиваются в основную полимерную цепь, из этой же группы карбоновых кислот, и получаем гетерополимеры. Это тоже огромная интересная задача – понять, как бактерия собирает, нанизывает мономеры – в каком именно порядке, есть ли вообще этот порядок или его нет. Бактерии собирают молекулы в цепь при помощи специальных ферментов – полимераз, получаются очень длинные цепочки, как бусы из разноцветных бусин, и материал обладает совсем другими свойствами. В нашей стране мы, наверное, монополисты, потому что никто так не «дрессирует» бактерии, чтобы получить разные молекулы ПГА, как мы, – заключает Екатерина.

Екатерина по-особенному бережливо, трепетно относится к объекту своего исследования. Она не просто изучает клетки, она прислушивается к ним. Клетка – очень нежная структура, а значит, ей нужно создать такое окружение, в котором ей будет максимально комфортно выполнять задачи, стоящие перед ней. В этом и заключается главная проблема поиска в тканевой инженерии.

Чтобы выполнять такую работу, ученые заручились поддержкой медиков. Но это удалось сделать не с первой попытки.

– Мы давно работаем по разным направлениям – разным тканям. Материал для больных атеросклерозом решили делать, прочитав условия конкурса РНФ и проанализировав свои возможности, потому что мы уже пробовали наносить наш полимер на металлические стенты. Написали заявку, но получили грант не сразу. В первый раз, подавая заявку на грант по поддержке научных групп, мы не слишком хорошо прописали часть, касающуюся работы непосредственно в клинике, потому что сами плохо знали ее, а врачи недостаточно активно помогали, хотя мы бегали за ними, как энтомолог с сачком за бабочкой, – вспоминает Екатерина. – Тогда для нас важна была схема забора крови: мы сами не могли грамотно расставить временные точки, чтобы они совпадали с патогенетическими этапами развития заболевания. Мы не знали, какую именно группу больных с ишемией в результате атеросклероза выбрать – их несколько, и схемы ведения и лечения пациентов разные. Мы не знали, какой орган-мишень нам подойдет, чтобы мы технически могли выполнить исследование корректно. В результате остановились на группе пациентов с хронической ишемией сердца, так как они поступают на лечение в плановом порядке и их легче отследить впоследствии. Выручило врожденное упрямство – со второй попытки грант получить удалось. Мы начали подготовку сильно заранее, потратили время на знакомство с другими коллегами-медиками, представили им нашу работу и обозначили ту ее часть, которую не сможем выполнить без их помощи, – и все получилось.

Совместно с кардиологами был разработан протокол исследования, и теперь специальная машина доставляет в университет, где располагается лаборатория Екатерины, кровь из местного кардиоцентра.

О женщинах в науке

Премия L’Oreal-UNESCO «Для женщин в науке» стремится привлечь внимание к проблеме неравенства в научной среде и повысить статус женщин-исследователей. Ряд исследований, опубликованных недавно в журнале Nature, говорит о том, что женщин в науке меньше, чем мужчин, так, в России это соотношение 40% к 60%. При этом количественный показатель не самый важный – даже если число женщин-ученых и больше, то они редко занимают высокие посты и чаще получают заниженные, по сравнению с мужчинами той же квалификации и того же уровня зарплаты.

– Когда в конце 2009 года я прилетела из Красноярска в Москву получать эту премию, кто-то из журналистов задавал мне вопросы и вскользь озвучил проблему неравенства полов в науке. До этого момента я даже не задумывалась об этом. Какая проблема? Посмотрите, сколько женщин работает вокруг, в институтах! Множество. А в ответ: а руководящие позиции-то женщины не занимают. Тогда я и поняла, что проблема существует. Я ориентировалась на свою область – медицину, там женщин очень много, и на позициях среднего звена и выше среднего звена тоже. Это уровень зав. отделением, зав. поликлиникой, зам. главного врача. Даже главных врачей-женщин больше, чем женщин-директоров научно-исследовательских институтов и ректоров. В нашей стране проблема стоит острее, чем во многих других странах, при этом в периферийных городах хуже, чем в центральных. И после этого момента постепенно я стала замечать, что существует какой-то шовинизм в науке. Я с очень неприятным удивлением сталкивалась с этим, видела, что когда прихожу куда-то, что-то людям говорю, я с ними разговариваю на равных, а они со мной – нет. Официальная встреча, люди в приличной одежде, вроде бы, культурные, сидят за столом, разговаривают, и все по делу, но мне нужно сказать им больше слов, чтобы они меня поняли, да еще и с какой-то определенной интонацией и тембром. Иначе не слышат, факт. Получается, что женщин на этой встрече две – я и та, которая сидит в приемной и носит кофе, при этом отношение к обеим примерно одно. У женщин есть физиологические особенности, определяющие тип мышления и структурирование работы, но это не аргумент. Очень неправильно широким плечом отодвигать тех, кто слабее физически. Во всех сферах общественной жизни в наше время женственность учитывается как плюс, а не минус, сейчас это обязательное требование к обществу, признак его развитости, и наука тут не должна отставать.

Сама Екатерина не раз получала намеки на то, что она должна не выделяться, молчать и улыбаться. По словам Екатерины, в этом суть научного-исследовательской работы – эмоциональная вовлеченность исследователя, а в эмоциональности женщинам равных нет.

Екатерина достигла успехов не только в науке, но и в политике: она пять лет работала депутатом Законодательного Собрания Красноярского края. Тогда женщин было пять, в текущем созыве – всего две. От дальнейшей работы в региональной политике Шишацкая отказалась, выбрав науку.

– При помощи стипендий и премий нам необходимо продолжать искусственно поддерживать гендерное равенство, пока процесс не станет естественным, – считает Екатерина. – Если мы не будем этого делать, многим умным девушкам просто не дадут реализовать свои амбиции и планы. Сегодня практически нет никакого джентльменства, нет уважения к женскому полу ни среди политиков, ни среди ученых – когда никто не видит, отодвинут и не постесняются. Этим вопросом надо заниматься, и тогда женщины смогут занять ту самую нишу, вровень с мужчинами, которая должна быть. Женщина имеет больше жестких обязанностей в повседневной жизни, чем мужчина, поэтому она должна тратить меньше часов на свою, в том числе научную работу, и при этом получать равную оплату. Кто из знакомых вам женщин спокойно оставит ребенка в садике, потому что не может его забрать вовремя из-за эксперимента? Или, например, тебе самое время пойти в декрет, а на работе скажут, что этого делать нельзя, потому что получили большой грант и пару лет никаких отпусков не предвидится.

В лаборатории, где работает Екатерина, – матриархат: большинство научных сотрудников женского пола, а мужчины работают на сервисных позициях. Екатерина уверяет, что так получилось не специально. Как правило, девочки более спокойные и упрямые, и корректно воспринимают замечания по работе. Вид деятельности в такой лаборатории, это рутинная работой с культурами, множество различных манипуляций, требующих большого внимания к мелочам, и, кроме прочего, нужно иметь хорошую мелкую моторику и четкую координацию движений.

– Такие люди – совсем не сталевары, – отмечает Шишацкая – надо уметь подмечать мельчайшие изменения в системе и уметь их скорректировать, либо поддержать. Раньше автоматических датчиков в культиваторах не было, и надо было «почувствовать» временную точку, когда добавить субстрат, или взять пробу. Жить одной жизнью с культурой клеток – это определенного рода медитация.

Сама Екатерина в свободное время любит выполнять мелкие работы – бисероплетение, вышивание, вязание.– Я считаю, что моим примером учить девочку правильно себя вести в обществе не стоит. Пример активной успешной женщины чаще воспринимается, как «бой-баба», а в науке такой образ женщины не уместен, здесь делом занимаются не ради денег, не пропихиваясь и толкаясь, а потому, что интересно. Пока наука интересна женщинам, и пока в ней много активных и любознательных, и при этом хорошо воспитанных и спокойных мужчин, наука будет в полном порядке.

Екатерина Шишацкая – доктор биологических наук, профессор РАН, заведующая кафедрой медицинской биологии Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, лауреат премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых и лауреат программы L'Oreal-UNESCO для «Женщин в науке» за 2009 год, имеет двух сыновей. Грант РНФ: «Изучение молекулярных маркеров моноцитов-макрофагов у больных атеросклерозом при взаимодействии с бионанополимерными материалами» (2017–2019 гг.). Источник: Ирина Якунина

История взята из книги РНФ «Я ученый!»: http://www.rscf.ru/ru/node/rnf-prezentoval-sbornik-istoriy-o-rossiyskikh-uchenykh

Похожие новости

  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    3157
  • 24/10/2018

    Космический огород, светящиеся бактерии и пешеходное движение в Красноярске

    Как учатся выращивать растения и утилизировать отходы для будущих марсианских и лунных баз, как работает процесс определения загрязняющих веществ в воде с помощью светящихся бактерий, для чего нужно моделирование пешеходного движения? "Чердак" побывал в лабораториях Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета и узнал, какие там сейчас ведутся разработки и исследования.
    746
  • 29/12/2018

    Найдены факторы, которые влияют на адаптацию деревьев к изменениям климата

    ​​Экологи из Сибирского федерального университета совместно с иностранными коллегами оценили, как генетические особенности и внешние условия влияют на эффективность использования воды и активность роста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris).
    1010
  • 16/01/2019

    Ученые СФУ помогут создать устойчивые к засухам породы хвойных деревьев

    ​Научный коллектив под руководством ведущего научного сотрудника Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН, руководителя лаборатории лесной геномики СФУ, профессора Гёттингенского университета Константина Крутовского и академика РАН, научного руководителя СФУ Евгения Ваганова изучает влияние индивидуального генотипа и уровня индивидуальной гетерозиготности на индивидуальную приспособленность, стабильность развития (гомеостаз), жизнеспособность и устойчивость деревьев к стрессам на примере сибирской лиственницы (Larix sibirica Ledeb.
    868
  • 04/12/2018

    Оп­ре­деле­ны фи­налис­ты ме­дицин­ско­го ак­се­лера­тора MedScience

    ​В Крас­но­яр­ском ре­ги­ональ­ном ин­но­ваци­он­но-тех­но­логи­чес­ком биз­нес-ин­ку­бато­ре (КРИТБИ) сос­то­ял­ся фи­нал пер­во­го в ре­ги­оне об­ра­зова­тель­но­го ак­се­лера­тора для ин­но­ваци­он­ных про­ек­тов в сфе­ре ме­дици­ны и би­отех­но­логий – MedScience.
    1134
  • 17/05/2018

    Ученые ТГУ отправятся на поиски новых бактерий

    ​Ученые кафедры физиологии растений и биотехнологии БИ ТГУ в рамках проекта, поддержанного РНФ, займутся поиском новых микроорганизмов в удаленных труднодоступных экосистемах в Сибири. Наряду с этим микробиологи изучат характеристики двух бактерий, обнаруженных в 2017 году глубоко под землей.
    1076
  • 27/04/2019

    Учёные МГУ нашли способ «обхитрить» раковые клетки

    ​Сотрудники Факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова исследовали способ, позволяющий обойти блокировку программируемой клеточной гибели (ПГК) в раковых клетках и повысить эффективность терапии онкологических заболеваний.
    501
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    1289
  • 29/12/2017

    Ученые разработали алгоритм для ДНК-оригами

    Международный коллектив российских и американских ученых предложил алгоритм компьютерного моделирования сложенных из ДНК трехмерных конструкций. Такие нанороботы могут использоваться в электронике и медицине, например, для доставки лекарств.
    979
  • 15/08/2017

    К чему ведет редактирование генома

    ​Недавно в журнале Nature была опубликована статья, рассказывающая об успешном исправлении мутации в ДНК человеческого зародыша при помощи геномного редактора CRISPR/Cas9. Возможность устранения ошибок в геноме ведет к абсолютно новой ситуации, которая разворачивается на наших глазах.
    1265