Фармакогенетика, лазеры и наноматериалы: молодые ученые — о своих изобретениях
Накануне Дня российской науки 87 молодым ученым вручили 50 премий Правительства Москвы. В этом году сумма премий выросла — с 500 тысяч до двух миллионов рублей. О работе в научных учреждениях столицы и проектах — победителях в номинациях «Медицинские науки», «Приборостроение» и «Нанотехнологии» mos.ru рассказали сами лауреаты. Михаил Застрожин Лауреат премии Правительства Москвы за исследования в номинации «Медицинские науки». Кандидат медицинских наук врач — психиатр-нарколог Московского научно-практического центра наркологии столичного Департамента здравоохранения Мои исследования начались пять лет назад, когда я поступил в аспирантуру. Один из моих научных руководителей, Дмитрий Алексеевич Сычев, познакомил меня с фармакогенетикой — наукой, изучающей влияние изменений в генах на эффективность и безопасность лекарственной терапии. И предложил написать диссертацию. Я защитил ее досрочно, в 2016 году, и перешел к более расширенной работе над этой темой. Кандидатскую я написал по фармакогенетике галоперидола, а моя докторская посвящена разработке персонализированных подходов к назначению фактически всех лекарств, которые применяются в России для лечения пациентов с алкогольной зависимостью и аффективными расстройствами, в том числе с использованием фармакогенетических биомаркеров. Нужно было разработать какой-то прикладной аспект исследований, чтобы врачам было удобно впоследствии использовать их результаты. Под руководством Евгения Алексеевича Брюна и Дмитрия Алексеевича Сычева я совместно с лабораторией генетики Московского научно-практического центра наркологии разработал так называемую систему поддержки принятия решений. Это программное обеспечение, которое позволяет врачам получать рекомендации по результатам фармакогенетического тестирования при назначении лекарств пациентам. Испытания системы показали, что эти рекомендации положительно влияют и на эффективность, и на безопасность терапии. Было уже давно замечено, что метаболизм лекарств генетически детерминирован. Проще говоря, то, как именно препараты преобразуются и выводятся из организма человека, зависит от его генов. Некоторые лекарства выводятся быстрее, некоторые — медленнее, и это индивидуальная особенность. Причем на это могут влиять как внешние факторы, даже, например, характер принимаемой пищи, так и генетика. Если у конкретного пациента метаболизм определенного препарата замедлен и ферменты, которые это делают, неактивны, лекарство накапливается в организме. Это может приводить к развитию дозозависимых нежелательных реакций, например головной боли, тошноте, набору массы тела на антидепрессантах и так далее. Этого лучше избегать. Как это сделать? Нужно точно выбрать лекарство, которое метаболизируется в организме с нормальной скоростью. И второй аспект, который мы рассматриваем, — это действие препарата на «мишени», характеристики которых (например, аффинитет) могут меняться. Аффинитет — это степень возможной связи между рецептором и лекарством, и он тоже обусловлен генетически, как и плотность рецепторов. Если эта связь слабая, то лекарство будет плохо влиять на организм. Эта фундаментальная проблема рассматривалась еще с 1950-х годов — тогда и зародилась фармакогенетика. На сегодняшний день существуют всевозможные гайды, рекомендации специализированных зарубежных фармакогенетических сообществ. Но врачи их очень плохо читают: этому препятствует, во-первых, языковой барьер. И во-вторых — успеть за новыми рекомендациями просто невозможно: обновление для каждого лекарства выходит практически каждый год. Все эти алгоритмы, рекомендации, гайды мы интегрировали в одну базу, чтобы программное обеспечение обрабатывало их автоматически. Как это выглядит на практике? Нам дают биоматериал — слюну, кровь или волосы пациента, лаборанты выделяют из него ДНК и генотипируют ее с помощью специализированных методик, например полимеразной цепной реакции. Сейчас мы рассматриваем порядка 10–15 наиболее часто встречающихся изменений в генах, так называемых точечных мутаций. Впоследствии при наличии необходимого оборудования можно будет просмотреть до 30 миллионов точек — так называемый экзом. Тогда терапия может стать еще более прицельной, что позволит повысить ее эффективность и безопасность. Затем данные этих генотипов мы вносим в программное обеспечение, которое выводит в форматеPDF рекомендации для врачей. В них прописано, какое лекарство можно назначать, какое не рекомендуется, для какого требуется повышение или понижение дозы. Мы отдаем рекомендации врачу, тот корректирует лечение. Если пациент поступает к нам снова, нам не нужно опять проводить тестирование — генетические данные не меняются, и мы можем просто заново прогнать их через программу с использованием новых алгоритмов. Департамент здравоохранения оказывает нам поддержку, выделяя средства на необходимое для исследований оборудование: например, скоро для нас закупят секвенатор ДНК, с помощью которого можно изучить экзом. Самостоятельно его можно купить, только выиграв какой-то огромный грант. С такой поддержкой научные и медицинские учреждения Москвы, естественно, процветают и инфраструктура развивается невероятными темпами. Константин Облов Лауреат премии Правительства Москвы за разработки в номинации «Приборостроение». Научный сотрудник Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Я работаю на кафедре микро- и наноэлектроники НИЯУ МИФИ и участвую в разработках научной группы «Сенсор». Мы занимаемся газовыми датчиками. У нас была задача развить область обработки новых материалов, чтобы делать высокотехнологичные газовые сенсоры, конкурентоспособные на мировом рынке. Гранты, которые мы получили за эту работу, и позволили создать установку для лазерной фрезеровки. На выигранные деньги мы закупили большинство комплектующих для установки, за создание которой я получил премию Правительства Москвы. Эта установка для четырехкоординатной лазерной фрезеровки изготавливает объемные 3D-микроизделия с габаритными размерами не более 10 на 10 миллиметров. В основном их используют в микроэлектронике. Как правило, детали, вырезанные механической фрезой, получаются более качественными, чем при лазерной фрезеровке, однако моя разработка позволяет изготавливать 3D-изделия, максимально приближенные к ним по качеству. Производительность лазера в десятки раз выше, чем у механической фрезеровки. А вместо дорогостоящих фрез здесь действует лазерный луч диаметром 30 микрометров. Часть алгоритмов работы созданной установки реализована впервые и не имеет аналогов в мире. В установку лазерной четырехкоординатной фрезеровки можно загрузить заготовку из различных материалов — керамическую, металлическую, стеклянную — и на выходе получить объемную 3D-модель в микроразмерах с нужным качеством поверхности. Изначально при создании оборудования у меня не было цели подавать заявку на премию Правительства Москвы. Но работа была проделана очень большая — я делал эту установку два года. Изготовленный станок не имеет полнофункциональных аналогов в мире, и в результате я решил отправить заявку. Премия Правительства Москвы — это первый городской грант, который я получаю. До этого я неоднократно получал гранты в Фонде Бортника как соисполнитель различных проектов. Поддержка науки на уровне государственных учреждений у нас есть, и любой компании, да и любому человеку, который хочет развиваться в инновационной сфере, довольно просто получить необходимые для исследований средства при должном уровне компетенций. Атмосфера для развития науки в Москве хорошая: например, у нас на базе университета организуют групповые занятия со школьниками в лабораториях при кафедрах. В ходе занятий ученики работают на профессиональном оборудовании, которое, кстати, используют в исследованиях ученые с мировым именем. МИФИ также проводит образовательные конкурсы для школьников. Один из них я проводил лично — «ГИК 3D Design». Это был конкурс по прототипированию — школьникам нужно было самостоятельно придумать, нарисовать 3D-модель и изготовить с использованием станков лазерной резки, ЧПУ-фрезеров и 3D-принтеров установку, которая могла бы в автоматическом режиме разрезать лист бумаги пополам. Звучит просто, но на деле задача сложная. Конкурс получился очень интересный и познавательный. Все это способствует популяризации технических, инженерных направлений. В этом плане в Москве есть отличная база для развития. И это важно. Я могу сказать, что сейчас в моем окружении технические специалисты — конструкторы, инженеры, технологи с хорошей квалификацией — ценятся. Они очень востребованы. Александр Глотов Лауреат премии Правительства Москвы за разработки в номинации «Новые материалы и нанотехнологии». Кандидат химических наук научный сотрудник лаборатории функциональных алюмосиликатных наноматериалов кафедры физической и коллоидной химии РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина Интерес к химии возник у меня еще в седьмом классе, когда я учился в школе № 6 в Курске. У меня был замечательный педагог — Эльза Алексеевна Кожанова, заслуженный учитель России. Она и привила любовь к химии. Я участвовал в городских и областных олимпиадах, а благодаря олимпиаде «Ломоносов» без экзаменов поступил в МГУ на химический факультет. Затем окончил аспирантуру на кафедре химии нефти и органического катализа, защитил кандидатскую диссертацию по специальности «нефтехимия» и был приглашен на работу в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Наши исследования по разработке новых наноматериалов на основе природных и синтетических алюмосиликатов для топливно-энергетического комплекса начались в 2017 году. По инициативе заведующего кафедрой Владимира Арнольдовича Винокурова была основана лаборатория катализа. Коллектив исследователей состоял из студентов, аспирантов, молодых ученых. Наша работа позволила создать новые функциональные материалы на основе природных нанотрубок и катализаторы для крупнотоннажных процессов нефтехимии и нефтепереработки. В качестве компонента в различных катализаторах мы используем природные алюмосиликатные наноматериалы — трубочки размером около одного микрометра (это в миллион раз меньше, чем один метр). Что такое катализаторы? Это материалы, которые позволяют ускорять ход химической реакции, а сами в ней не участвуют. На основе этих функциональных наноматериалов мы создаем новые современные активные катализаторы. Они позволяют эффективнее перерабатывать углеводородное сырье в компоненты моторного топлива, а также в сырье для процессов нефтехимии. Я занимаюсь катализом для нефтехимии и нефтепереработки, но в целом наши исследования охватывают более широкую область. Например, Анна Ставицкая разрабатывает на основе алюмосиликатов новые фотокатализаторы, которые позволяют преобразовывать энергию Солнца для получения водорода из обычной воды, а Андрей Новиков исследует плазмонные материалы для поверхностно-усиленной спектроскопии. Эти исследования могут лечь в основу создания новых топливных элементов, автомобилей на водородном топливе, новых высокочувствительных методов анализа. Мы с коллегами регулярно участвуем в фестивале науки, который ежегодно проходит в МГУ, там проводят разные мастер-классы, показывают химические опыты, интересные физические явления — это интересно и школьникам, и их родителям. Так что в Москве не только поддерживают молодых ученых, но и всесторонне популяризуют науку. Для того чтобы наука развивалась не только в Москве, но и вообще в нашей стране, необходимо прививать школьникам интерес к научному знанию, делать различные площадки, которые позволят влить новую кровь в науку. Я слышал, что в Москве созданы специальные классы в общеобразовательных школах. Безусловно, такие площадки необходимы: молодых ребят, школьников необходимо заметить, отобрать, заинтересовать, мотивировать к исследованиям для обеспечения преемственности поколений в науке. Премия Правительства Москвы молодым ученым Премию Правительства Москвы для перспективных молодых ученых учредили в 2013 году. Ее присуждают за фундаментальные и прикладные исследования в области естественных, технических и гуманитарных наук, за разработки новых эффективных технологий, оборудования, материалов и веществ. Премии вручают по двум направлениям и 22 номинациям. Соискателями премии могут стать аспиранты, кандидаты наук в возрасте до 36 лет и доктора наук до 40 лет включительно. Подать заявку можно индивидуально или коллективно. За шесть лет размер премии увеличился в четыре раза: в 2013 году участники получали по 500 тысяч, сейчас сумма составляет два миллиона рублей. Вырос и интерес к премии: в первом конкурсе было зарегистрировано 254 участников, в этом году лауреатов отобрали по конкурсу из 837 заявок более чем от тысячи человек. Всего за семь лет в Москве премией наградили 354 молодых ученых.
