В 2010 году Консорциум томских вузов стал официальным партнером Фонда “Сколково”. Началось активное обсуждение возможности создания в городе при поддержке Инновационного центра “Сколково” центров компетенций. Один из них — “Медицинские биосовместимые материалы” — предложил организовать Сибирский государственный медицинский университет.
Мы решили уточнить, почему такой Центр компетенции необходим стране и какой смысл создавать его в Томске, прежде всего у инициаторов проекта — профессоров СибГМУ. Первой ответила Наталья Рязанцева, проректор по стратегическому развитию и инновационной политике этого университета.
— Сначала о потребностях страны, — говорит Н.Рязанцева. — В этом Центре компетенции надо будет выполнять междисциплинарные исследования в области медицинского материаловедения, разрабатывать конкурентоспособные на мировом рынке технологии диагностики и лечения с помощью новых изделий и приборов. Причем в Центре компетенции предусмотрен полный цикл инновационных проектов — от выбора тематик исследования до инновационной start-up деятельности и коммерциализации разработок.
Второе. На базе центра мы должны сформировать передовую для России систему подготовки врачей и исследователей, обладающих компетенциями проведения НИОКР в сфере биоинженерии и медицинского материаловедения. Безусловно, такие специалисты должны иметь навыки ведения наукоемкого бизнеса. Поэтому запланировано обучение инновационному предпринимательству, в том числе путем формирования междисциплинарных команд студентов технических и медицинских специальностей для создания и реализации прорывных технологий.
Третье. Наш центр призван обеспечить экспертно-аналитическое сопровождение развития медицинских биосовместимых материалов, их выход на рынок, в том числе и зарубежный. То есть сотрудникам центра придется взять на себя ответственность и за аналитическую оценку передового зарубежного опыта, современного состояния и прогноза рисков.
Почему именно в Томске? У нас здесь много партнеров, с которыми мы работаем над созданием биосовместимых материалов. Кроме СибГМУ над этой темой не первый год трудятся специалисты Национального исследовательского Томского политехнического университета (НИ ТПУ), Института физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН), Научно-исследовательского института кардиологии СО РАМН (НИИ кардиологии СО РАМН). За рубежом в этом направлении мы работаем вместе с партнерами из Рижского технического университета (Латвия), Университета Дуйсбург-Эссен (Германия), Университета KINKI (Япония), Университета Тель-Авива (Израиль).
— А можно сказать, чем конкретно займется центр?
— Сформированы девять наиболее значимых проектов, по каждому из них есть серьезный задел и оригинальные подходы. Прежде всего, стране нужны биоконструкторы для регенеративной медицины и биоинженерии тканей; наноразмерные системы целевой доставки лекарств, биомолекул и контрастирующих агентов; новые материалы с контролируемыми свойствами и функцией эластомеров; технологии коррекции атеросклероза путем использования коронарных стентов с модифицированной поверхностью и т.д. Совсем недавно первый проект “Разработка концепции и внедрение технологий “тканевых биоконструкторов” в регенеративную медицину” будущего Центра компетенции успешно прошел экспертную коллегию Инновационного центра “Сколково”. Профессор нашего вуза руководитель проекта Игорь Хлусов может рассказать об исследованиях, которые вот уже более пяти лет ведутся учеными-медиками, физиками, химиками, материаловедами.
— Да, в нашем творческом коллективе кроме профессоров СибГМУ специалисты НИ ТПУ, ИФПМ СО РАН, Рижского технического университета, — говорит Игорь Хлусов. — Ими подготовлены на разных стадиях завершенности (от НИОКР до клинического использования и организации производства) несколько разработок. Именно комплексность — сильная сторона нашего проекта.
Сегодня в медицинском материаловедении существуют обширные классы биосовместимых материалов на основе металлов, полимеров, керамики, углерода и их композитов, продолжается экстенсивный поиск материалов с новыми физико-химическими свойствами. Мы предлагаем другой путь развития — интенсивный и менее затратный: формирование новых свойств у имеющихся биосовместимых материалов за счет модификации их поверхности. Ведь известно, что успех приживления и функционирования имплантата в организме определяется процессами, протекающими на границе между имплантатом и биологической тканью. Методами целенаправленной модификации поверхности можно не только значительно усилить биоинтеграцию имплантатов, но и заставить материалы решать требуемые задачи.
В частности, нами разрабатывается технология создания “тканевых биоконструкторов”. Что это такое? Мы предлагаем изменить поверхность биосовместимого материала определенным образом. В таком случае он будет не просто служить протезом, но заставит собственные стволовые клетки организма восстанавливать утраченную структуру тканей и органов. Первые шаги в направлении к успеху уже сделаны.
— Что позволяет вам быть в этом уверенными?
— Экспериментальным обоснованием концепции “тканевых биоконструкторов” стала теория “ниш” для стволовых клеток. Все клетки в человеческом организме функционируют в определенном микроокружении, существенно влияющем на их свойства. Гипотетически известно, что специализированным микроокружением для стволовых клеток служат “ниши”. Именно “ниши” отвечают за жизнедеятельность стволовых клеток, которые, в свою очередь, обеспечивают восстановление органов и тканей.
Впервые в мире нашему коллективу удалось получить способ формирования на поверхности биосовместимых материалов искусственных “ниш”, позволяющих манипулировать, если хотите, управлять, поведением стволовых клеток. Сегодня еще на стадии изготовления имплантатов мы можем задавать необходимые физико-химические параметры “ниш” (геометрия, размер, заряд, поверхностная энергия и т.д.), которые стимулируют процесс регенерации костной ткани.
Разработанные нами металлические имплантаты с модифицированной поверхностью наиболее приближены к свойствам костной ткани, уже сегодня их применяют в стоматологии, ортопедии, травматологии. В этом году ИФПМ СО РАН получил регистрационное удостоверение Росздравнадзора на применение в клинической практике дентальных имплантатов нового класса на основе наноструктурного титана с кальций-фосфатным покрытием.
Следующим этапом, который рассчитан на более отдаленную перспективу, станет реализация идеи “ниш” в применении к полимерам. Дело в том, что полимеры ближе к структуре и свойствам внутренних органов (например, базальным мембранам тканей), и перенос на них технологии формирования “ниш” позволит подойти к биоинженерии эпителиальных тканей, скажем, эпителия желудочно-кишечного тракта. Технологии “тканевого биоконструктора” позволяют моделировать поверхности практически любого материала, обладающего достаточной биомеханикой, решать задачи управления стволовыми клетками и ростом тканей в течение заданного времени за счет оптимальных параметров искусственных “ниш”. Развивая нашу идею, можно прийти к созданию трехмерной биомиметической матрицы для запуска регенерации печеночной ткани, восстановления поджелудочной железы и т.д.
— Звучит фантастически. Хотя возможность терапии с помощью введения стволовых клеток обсуждается не первый год, а вот результаты экспериментов неоднозначны…
— Как раз с позиции теории “ниш” такой результат вполне прогнозируем. При любой болезни меняется структура патологического очага, в который попадают введенные извне стволовые клетки. Чтобы заставить их работать в правильном направлении, необходимо восстановить физиологические параметры их микроокружения.
Кстати, отрабатывая нашу технологию создания искусственных “ниш”, имитирующих физиологические условия для функционирования стволовой клетки, мы обнаружили потрясающий эффект. В экспериментах на мышах со спонтанным лейкозом было установлено, что при введении им в подкожную жировую клетчатку образцов наших искусственных материалов, несущих “ниши”, происходит стимуляция резистентности организма. Как результат, продолжительность их жизни стабильно увеличивалась на 30% по сравнению с контрольной группой мышей, имевших опухоли. Оказалось, что собственные нормальные стволовые клетки, заселяя “ниши”, конкурентно подавляют в организме рост опухолевых клеток. Кроме того, сами опухолевые клетки, контактируя с искусственным материалом, снижают темпы пролиферации, гибнут или начинают дифференцироваться.
Выявленный факт дает совершенно новые возможности в биотерапии злокачественных заболеваний. Конечно, предстоит еще очень серьезная работа, продолжение исследований. Но, замечу, такой университетский город, как Томск, имеет определенные преимущества во времени и пространстве. У нас несколько университетов — в пределах прямой видимости, каждый прекрасно знает, чем занимаются коллеги. Такое сосредоточение ресурсов позволяет преодолеть не только территориальную, но и профессиональную разобщенность ученых.
Благодаря междисциплинарной кооперации уже получены очень интересные результаты, появилась экспериментальная доказательная база, конкретика по нашему направлению, которой я не встречал ни в одной из российских или зарубежных публикаций. Реализация концепции “тканевых биоконструкторов“ позволит приблизить свойства искусственных материалов и изделий к естественному структурному и функциональному микроокружению стволовых клеток. Как результат, воспроизводимость и эффективность тканевой биоинженерии и регенеративной медицины возрастут на порядок, появится новый класс имплантатов, усиливающий позиции России в данной области науки и технологий.
Яна Булавина
Нет комментариев