Новый метод проникновения в клетки разработали учёные из Университета Индианы (Indiana University) и Университета штата Оклахома (Oklahoma State University).

Для начала они опробовали его на растениях табака, которые легко заражаются вирусом табачной мозаики. Взяли кубической формы частички из оксида железа, «одели» их в оболочку из белков вируса и отправили в клетки растений. Клетки табака пропустили внутрь эти замаскированные магнитики, или по-научному вирусоподобные частицы, движение которых исследователи изучили в магнитном поле, после чего пришли к выводу: с их помощью можно эффективно контролировать транспорт вирусов, что поможет противостоять болезням растений, не прибегая к генно-инженерному вмешательству. Подробнее об исследовании – в журнале ACS Nano (Acs Publications).

Рис. 1. Людмила Бронштейн: «В США в биомедицинские
исследования вкладываются огромные деньги. И это
оправдано, ведь нет ничего важнее здоровья людей».

Но проект на этом не завершается. Не исключено, что частицы, способные проникать внутрь клеток, могут быть сконструированы и для решения других задач, например для борьбы с опухолевыми заболеваниями человека. О перспективах применения нового метода в медицине и о работе учёных над проектами передового края науки – в интервью с одним из авторов исследования и руководителем научной группы Университета Индианы, нашей соотечественницей Людмилой Бронштейн.

Для растений и человека

Людмила, расскажите, как проходили первые эксперименты с использованием вирусоподобных частиц и чем интересны их результаты с практической точки зрения.

— Это было фундаментальное исследование. Первую статью по вирусоподобным частицам с магнитными ядрами мы опубликовали ещё в 2007 году в журнале Nano Letters (Acs Publications) в результате совместной работы с коллегами из Университета Индианы. В этой статье мы показали, что формирование магнитных вирусоподобных частиц зависит от плотности отрицательного заряда на поверхности частиц: чем больше магнитные частицы (самые большие имели размер 20 нм), тем лучше образуются вирусоподобные частицы. Позже появилась идея попробовать кубические частицы в качестве ядер для формирования вирусоподобных частиц, поскольку на плоских гранях кубических частиц образуется наиболее высокий отрицательный заряд, способствующий регулярной самоорганизации молекул вирусных белков.

Интересны эти частицы прежде всего тем, что они могут использоваться в биомедицине как агенты для магнитно-резонансной томографии и при гипертермической терапии рака. Частицы доставляются к месту опухоли, при этом на проекцию опухоли накладывается внешнее переменное магнитное поле, в результате чего частицы начинают поворачиваться и разогревать всё вокруг, истребляя опухолевые клетки. По крайней мере, именно так мы сегодня представляем механизм действия вирусоподобных частиц в биомедицинских исследованиях, касающихся онкологии. И пока у нас не появились партнёры со стороны медицинских школ, мы начали изучать особенности применения этих частиц в растениях, выращенных в лаборатории.

В рамках проекта, о котором идёт речь в статье, опубликованной в конце марта этого года, мы опробовали метод манипулирования вирусоподобными частицами для изучения транспорта вирусов для последующей борьбы с заболеваниями растений. В частности, мы сравнили движение в растениях гидрофильных магнитных частиц и вирусоподобных частиц с ядрами кубической формы (это такие же магнитные частицы, только сверху покрытые протеинами вируса; уникальную форму мы придали им, чтобы быстро отличить их в растениях) и пришли к выводу, что наличие этой вирусной оболочки существенно и в лучшую сторону меняет транспортные свойства частиц. Следить за их продвижением можно при помощи магнитно-резонансной томографии. Мы выяснили: то же самое невозможно делать, если использовать просто частицу, без вирусной оболочки. Пока этот фундаментальный проект направлен на разработку новых методов борьбы с заболеваниями растений, но это не означает, что в дальнейшем мы будем фокусироваться только на аграрной теме.

Рис. 2. Микрофотография просвечивающей электронной микроскопии вирусоподобных частиц с кубическими магнитными ядрами.

Стоимость проекта – 200 тысяч долларов

— От чего зависит дальнейшая судьба проекта?

— От финансирования. Сейчас у нас один проект подан в Национальный научный фонд (National Science Foundation). В нём заняты люди, делающие магнитно-резонансную томографию непосредственно на растениях. Если мы эти деньги получим, то будем и дальше продолжать работать с растениями. Если нет, то развивать это направление станет невозможно, и осенью мы подадим проект в Национальный институт здоровья (National Institute of Health) уже на использование вирусоподобных частиц для биомедицинских применений.

Рис. 3. Рабочий процесс с участием студента
в лаборатории Университета Индианы.

— На биомедицинские исследования сейчас проще получить финансирование?

— Разумеется. В США в это направление вкладываются огромные деньги. И это оправдано, ведь нет ничего важнее здоровья людей. Агрономические культуры, конечно, тоже нужны: нашими методами можно изучать определённые процессы в растениях, сделать их устойчивыми к вредным воздействиям без генно-инженерных манипуляций, которые сейчас не приветствуются. Это востребовано, но финансируется в нынешний кризисный период не в первую очередь.

— А вообще насколько сложно добиться финансирования проекта и какова, для примера, стоимость исследования по вирусоподобным частицам?

— Конечно, финансирование с неба не падает – нужно обязательно подать заявку на грант и соответственно выиграть его. По-другому денег вам никто не даст. Что касается проекта по вирусоподобным частицам, который я веду вместе с коллегой из Университета Индианы, то его стоимость составляет порядка 200 тысяч долларов в год. Конкуренция на пользу науке

— По Вашей оценке, перейдут ли когда-нибудь результаты работы с вирусоподобными частицами в растениях в плоскость практического использования?

— По крайней мере, мы на это очень надеемся. Мы уже подали проект в Национальный научный фонд США на проведение детальных исследований транспорта магнитных и люминесцентных вирусоподобных частиц в растениях и ждём ответа. Правда, поскольку в Америке ощущается сокращение бюджета, вероятность того, что ответ будет получен скоро, заметно снизилась.

— Занимаются ли подобными проектами другие научные группы? Есть ли у вас конкуренты?

— Вирусоподобными частицами занимаются несколько научных групп, в основном в Штатах. Но у каждой своя ниша, так что в полном смысле нас нельзя назвать конкурентами. Разве что есть небольшое соперничество, но оно, безусловно, только на пользу науке.

— Сколько человек работают в Вашем коллективе?

— В этом проекте вместе со мной работают пять человек – постдоки, аспиранты, студенты. Народ молодой. Постоянных сотрудников у нас нет.

— А как Вы подбираете людей для реализации проектов?

— Мы устраиваем что-то вроде конкурса, хотя в конечном итоге получается, что это они нас выбирают, а не мы их. К примеру, в США очень интересная система приёма аспирантов. Приходит порядка 300 заявок, из которых мы отбираем порядка 50-ти, тех, кто на бумаге выглядит для нас наиболее привлекательным, и приглашаем их для знакомства. После очного общения с руководителями проектов выбор остаётся за будущими аспирантами. Как правило, все студенты подают заявки в аспирантуру, сразу в несколько мест, и может оказаться, что победителей нашего конкурса одновременно приглашают и в другие научные группы. В таком случае они уже начинают выбирать, где, по их мнению, им будет комфортнее работать. Постдоки обычно нанимаются для реализации определённого проекта, для них проводится отдельный конкурс. Больное место российской науки

— Вы ещё и в России ведёте проекты…

— Да, в России у меня есть несколько проектов. Два веду в Институте элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН, и ещё совсем недавно выяснилось, что я выиграла грант Минобрнауки России «Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашённых исследователей». Я стала приглашённым учёным для Тверского государственного технического университета. В рамках этого проекта мы будем синтезировать функционализированные магнитные частицы, на базе которых будут разработаны магнитно-разделяемые катализаторы.

— Вам интересно работать в России?

— Конечно, интересно, я же сама из России… Уехала отсюда в 1999 году, до этого долго работала в Институте элементоорганических соединений РАН, с 1980-х годов сотрудничала с Тверским государственным техническим университетом. Не могу не отметить, что в России учёному сейчас довольно сложно. Созданы очень непростые условия для заказа и получения реактивов и оборудования. У нас, в Америке, если учёный заказал что-то для исследования и послезавтра этого не получил, он идёт и спрашивает: «Что такое? Почему для меня ничего не пришло?»

В России ситуация обстоит следующим образом: раньше доставка занимала два месяца, а сейчас сотрудники должны запланировать всё вообще на полгода вперёд. Так нельзя работать! Вы проводите какие-то эксперименты, получаете результат и дальше уже на этот результат ориентируетесь. В голову приходят новые мысли, в связи с чем требуется докупить ещё какой-то реактив или другую «штучку», с помощью которой будут производиться дальнейшие действия. А тут творческому порыву не особенно дают развернуться. Получается, что деньги-то есть, однако заказать что-либо очень трудно, почти невозможно. Некоторые учёные, имеющие связи с зарубежной наукой, просто вынуждены работать «челноками», потому что иначе ничего не добьёшься. Пожалуй, организация заказов – это единственная крупная помеха для работы учёного в России.

— Не думали о том, чтобы взять в американскую лабораторию кого-то из российских аспирантов?

— Вы знаете, это очень трудно. В Штатах совсем другая аспирантура. Во-первых, нужен хороший английский, во-вторых, там нагрузки другие: аспиранты учатся сами, учат студентов и плюс делают научную работу. Российские аспиранты зачастую к этому абсолютно не готовы. У меня ни разу не было возможности кого-то взять в свою американскую лабораторию. Но я охотно помогаю им здесь, а они, соответственно, помогают мне вести проекты.

— На Ваш взгляд, возможно ли в рамках Ваших российских проектов добиться результатов, сопоставимых с теми, которые Вы получаете в Штатах?

— Думаю, да. Понимаете, основной плюс американской науки в том, что у неё очень хорошая инфраструктура. Допустим, мы можем проанализировать полученный материал в Штатах, тогда как в российских условиях это обычно сопряжено с определёнными сложностями, о которых я уже говорила. Однако в рамках совместных проектов и здесь можно приблизиться к скорости получения данных в ведущих зарубежных лабораториях.