Тяга к знаниям у 27-летнего алматинца Темурхана Аюпова проявилась еще в начальной школе, когда он запоем читал энциклопедии. Уже в 12 лет парень проводил эксперименты по аналитической химии в КазНУ им. аль-Фараби, а в выпускном классе лицея настолько влюбился в биологию, что решил связать с ней жизнь. Сегодня казахстанец учится на доктора-нейробиолога в Базельском университете в Швейцарии и параллельно занимается открытием новых способов лечения неврологических заболеваний. А не так давно статью с его научным открытием опубликовали в авторитетном журнале Nature.
Специально для Digital Business Темурхан рассказал, как его команда разработала навигационную систему для митохондрий, почему она поможет в лечении глаукомы и зачем это ноу-хау «упаковывать» в биотехнологический стартап.
«Основной фокус – поиск новых методов лечения неврологических заболеваний»
– С 2020 года работаю докторантом при Институте молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB). Основной фокус исследований нашей научной группы – поиск новых терапевтических методов лечения глазных заболеваний, приводящих к слепоте, таких как атрофия зрительного нерва и глаукома. Кроме того, мы тестируем наши технологии для лечения заболеваний мозга, включая болезнь Паркинсона.
Фото предоставлено Институтом молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB)
Это разные патологии, но их объединяет общий дегенеративный механизм – постепенная гибель нервных клеток. При болезни Паркинсона страдают нейроны, вырабатывающие дофамин, а при глаукоме повреждаются аксоны ганглиозных клеток сетчатки глаза.
Если заглянуть немного глубже, то в обоих случаях погибают именно митохондрии – главные поставщики энергии клетки. Поскольку мозг и зрительный нерв потребляют много ресурсов, любые сбои в «энергостанциях» в первую очередь бьют именно по ним.
К счастью, поврежденные митохондрии можно заменить на здоровые. Этот способ применяется с начала 2000-х. Однако его проблема в низкой эффективности: донорские «батарейки» доставляются не точечно, а в район с поврежденными клетками. Это как оставить посылку во дворе жилого комплекса в надежде, что получатель сам ее найдет.
Ученые придумали этот метод, рассчитывая на эндоцитоз – природный механизм поглощения поврежденного материала здоровым. Но его нельзя контролировать, поэтому большинство митохондрий при транспортировке либо разрушались, либо не попадали в дисфункциональную ткань.
«Мы изобрели GPS-систему для донорских митохондрий»
– Наша научная группа во главе с директором Института молекулярной и клинической офтальмологии Базеля и известным ученым Ботондом Рошкой разработала MitoCatch – метод прицельной доставки материала в заданные типы клеток. Образно говоря, мы изобрели GPS-систему для донорских митохондрий, которая показывает путь к поврежденным клеткам.
Фото предоставлено Институтом молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB)
Технология работает в трех вариациях. Первый «помечает» клетки-мишени так, чтобы они могли связываться с митохондриями. Второй снабжает митохондрии белковыми метками, узнающими клетки-мишени. Третий объединяет оба подхода.
Объясню проще. У разных типов клеток на поверхности есть свои белки-рецепторы – это как таблички на двери квартиры. Мы взяли их в качестве маркеров. Затем на поверхность донорских митохондрий добавили специальные молекулы, которые умеют распознавать эти маркеры. Благодаря этому, митохондрии понимают в дверь какой квартиры, то есть поврежденной клетки, им нужно войти.
После контакта поврежденная клетка втягивает митохондрию внутрь и использует ее как новый источник энергии. Продолжая аналогию с посылкой, теперь адресат получает ее точно в руки и ему нет необходимости искать бандероль во дворе ЖК.
«Самое важное испытание провели на человеческих нейронах пациента с болезнью Лебера»
– На разработку технологии ушло 6 лет. За это время протестировали систему в лаборатории на разных типах клеток мышей – нейронах, сетчатки, иммунных и других.
Затем проверили, что происходит после доставки митохондрий. Эксперименты показали, что они успешно встраиваются в клеточную среду и сохраняют свои функции как источник энергии.
Фото предоставлено Институтом молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB)
Самое важное испытание провели на человеческих нейронах пациента с болезнью Лебера – тяжелым наследственным заболеванием, при котором клетки теряют энергию и постепенно погибают, что приводит к потере зрения. Специально создали для этих клеток стрессовые условия, чтобы ускорить повреждение, а затем пересадили в них здоровые донорские митохондрии. А также на мышах, где ганглиозные клетки сетчатки глаза были повреждены.
Результат оказался обнадеживающим: благодаря нашей технологии точность доставки выросла более чем на 1000%, а выживаемость клеток у людей улучшилась на 23,6%, у мышей – на 40%.
«Сейчас ищем $20 млн, чтобы подтвердить эффективность технологии»
– Над исследованием работали 29 ученых из 17 стран. Это специалисты в области молекулярной биологии, вирусологии, белковой инженерии и нейрофизиологии. Я руководил этой командой, а также сам участвовал в проведении научных экспериментов. Итоги шестилетнего труда подробно описали в журнале Nature. Публикация в этом авторитетном издании оказалась тем еще квестом.
Фото предоставлено Институтом молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB)
Содержание исследования и его научную ценность анализировали несколько ведущих экспертов, а нашей команде нужно было оперативно и подробно отвечать на их комментарии. Этот процесс включал несколько раундов доработки и занял около 2 лет. За это время провели 50 дополнительных экспериментов, чтобы подтвердить результаты и усилить доказательную базу.
Изначально статья занимала 130 страниц, но после внесения правок ее объем вырос до 170. При этом, у Nature действует строгий лимит на основной текст. Поэтому краткую выжимку исследования пришлось сократить с 10 тыс. до 5 тыс. слов. В итоге, статью приняли и опубликовали.
Что дает материал в Nature? Во-первых, международное признание. Во-вторых, повышает доверие к результатам исследования. Для инвесторов, университетов, фармкомпаний и партнеров такая публикация служит сигналом: технология не выглядит сырой идеей, так как прошла высокий уровень проверки.
Впрочем, наука не заканчивается публикацией статьи. Дальше нужно перевести технологию из лаборатории в практическую медицину. Для этого есть два пути. Первый – лицензировать проект и продать крупной фармацевтической компании. Второй – «упаковать» технологию в стартап и привлечь инвесторов. Такой прецедент в нашем институте уже есть. Команда ученых, которая разработала оптогенетическую терапию восстановления зрения, привлекла более $100 млн у частных инвесторов.
Фото предоставлено Институтом молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB)
Мы тоже решили сделать ставку на стартап, поэтому сейчас ищем финансирование в размере $20 млн. За эти деньги в течение 5 лет мы выведем чистую фракцию митохондрий и проведем первые клинические испытания на пациентах, чтобы подтвердить безопасность и эффективность технологии MitoCatch.
Сейчас продолжаю разрабатывать другие технологии для лечения заболеваний глаз, которые приводят к слепоте. В медицине огромное количество нерешенных задач, поэтому поле для работы здесь практически безграничное. И мы все время находимся в поиске специалистов с высокой мотивацией и сильным научным бэкграундом.
Поэтому казахстанцам, которые хотят связать жизнь с наукой, рекомендую начинать практику как можно раньше – участвовать в лабораторных проектах еще до поступления в докторантуру. Желательно получать опыт в международных командах. Умение работать сегодня на стыке разных культур и дисциплин – один из ключевых навыков для исследователя.
