"Заплатки" на сердце: обыкновенное чудо биоинженерии. Интервью с Эмилем Рувиновым
В августе этого года журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) опубликовал статью о проекте группы израильских биоинженеров и медиков, которые использовали "заплатки" на сердце из ткани, выращенной в организме пациента, для улучшения сердечной функции после инфаркта миокарда. О результатах этого исследования сообщали все крупнейшие израильские и многие зарубежные СМИ, охарактеризовавшие его как подлинную революцию в медицине. 25 августа о данном исследовании сообщалось на сайте NEWSru.co.il.
Наша редакция получила несколько писем от читателей, просивших подробнее рассказать об этом исследовании.
Исследование, о котором идет речь, проводит большая группа ученых, среди которых доктор Таль Двир, профессор Смадар Коэн, доктор Йонатан Лиор, а также Алон Кедемб, Эмиль Рувинов, Орен Левык, Инбар Фриман, Натали Ланда, Радка Холбова, Миха Фейнберг, Шани Дрор и Йорам Эцион.
По рекомендации профессора Коэн, корреспондент NEWSru.co.il встретился с сотрудником исследовательской группы, репатриантом Эмилем Рувиновым (32), который является аспирантом кафедры биотехнологической инженерии и факультета естественных наук Университета Бен-Гурион в Негеве, Беэр-Шева. Научную работу молодой талантливый биотехнолог выполняет под руководством доктора Йонатана Лиора, заведующего исследовательском центром Neufeld Cardiac Research Institute в тель-авивском медицинском центре Шиба (Тель а-Шомер), и профессора Смадар Коэн, возглавляющей кафедру биотехнологии в университете Беэр-Шевы. В интервью NEWSru.co.il Эмиль Рувинов подробно рассказывает об исследовании, о профессии биоинженера и о перспективах этой молодой науки в Израиле.
Чем ваше исследование отличается от всех предыдущих? В чем его значение и почему его можно считать уникальным?
Исследований, которые пытаются восстановить поврежденную ткань после сердечного приступа или инфаркта, очень много. Нами же было создано некое подобие ткани – и в этом особенность нашего исследования. Подобие ткани выращено в брюшной полости. Это позволило создать в нем кровеносные сосуды. Потом это было имплантировано на сердце.
Идея такой "заплатки" реализована впервые?
Нет. Идея создания "заплатки" сама по себе не новая. Очень многие исследователи занимаются созданием какой-то ткани в лаборатории, которая потом пересаживается на сердце. Цель – восстановить область, которая не функционирует после сердечного приступа.
Новое – это идея создания более функциональной ткани. Еще до того, как созданная в условиях лаборатории "заплатка" доходит до сердца, в ней уже есть функциональные элементы, которые обеспечивают приток крови. Все предыдущие "заплатки" представляли собой просто клетки, искусственно выращенные в лаборатории и пересаженные.
По своему строению состав созданной вами "заплатки" максимально приближен к составу сердечной мышцы, верно?
Да. Потому что в нашей "заплатке" может быть приток крови. Приток крови заметно повышает вероятность того, что новые, пересаженные искусственным путем, клетки приживутся.
"Заплатка" – это микроскопический кусок ткани?
Да, это всего несколько миллиметров. Примерно 5 миллиметров радиусом. И в этом совсем небольшом участке ткани множество кровеносных сосудов.
Как "заплатка" пришивается на сердце? Как она приживается? Каждый сосуд "заплатки" пришивают к сердечным сосудам?
Этому предшествует кропотливая лабораторная работа. Клетки помещают в полимерную матрицу. Мы поставили цель: создать в лаборатории ткань, которая еще до пересадки уже имеет трехмерную функцию. Обычно клетки помещают в такой "ящик", где они растут в один ряд. Мы нашли технологическое решение для создания в лабораторных условиях трехмерной ткани. Именно этим отличается наша работа от большинства предыдущих.
Дело в том, что, если мы хотим поменять или укрепить ткань живого организма, неважно какую… трехмерная ткань гораздо эффективнее, чем просто ряд клеток. Поэтому создается трехмерная матрица, которая позволяет выращивать клетки в трехмерном объеме. Это относительно новая область. Мы оказались в числе первых, кто начал работу над усовершенствованием этой технологии и достиг в работе определенных успехов. Трехмерная технология выращивания клеток позволяет использовать полученную "заплатку" гораздо более эффективно. Потому что полученная ткань напоминает естественную.
Потом выращенные в лабораторных условиях клетки пересаживаются в брюшную полость. В брюшной полости происходит процесс, который называется ангиогенез. Это процесс создания новых кровеносных сосудов.
Результаты лабораторной работы тестировались на крысах. Мы просто оставляли "заплатку" в брюшной полости животного: после этого крыса спокойно жила целую неделю.
Клетки не растут, но в них образуется все больше кровеносных сосудов, так?
Именно. И потом, через неделю, вместе с кровеносными сосудами, которые там появились, эта "обогащенная" ткань пересаживается на сердце, пострадавшее в результате инфаркта.
Делается шов, позволяющий зафиксировать "заплатку" на сердце. Со временем ткань приживается. Дальше все происходит само по себе, за счет работы живого организма.
Чудо?
Ну, это сильно сказано. Но, в принципе, да.
"Заплатки" выращивают относительно недавно. Создание новых тканей в лабораторных условиях – область относительно новая и сейчас очень популярная. Об этом регулярно сообщают СМИ, это стало "модным".
В нашем исследовании мы тестировали не только создание ткани, но и ее пребывание в брюшной полости в течение недели. Технология нашей работы была направлена на обогащение будущей "заплатки" кровеносными сосудами, что резко повышают приживаемость.
То есть, приживаемость искусственных тканей – это и есть основная проблема?
Основная проблема в том, что любые клетки – какими бы они ни были – требуют кислорода для существования. Мы можем сделать огромную "заплатку", но если в ней не будет кислорода – она умрет практически моментально.
Когда ваша группа планирует протестировать свою "заплатку" на людях?
Любой концептуальных подход, прежде чем он будет протестирован на людях, должен пройти множество разнообразных проверок.
Статья о результатах вашего исследования была передана журналу PNAS в декабре прошлого года, примерно за полгода до публикации. Насколько с тех пор продвинулось исследование?
Это не совсем корректный вопрос. Наше исследование и ему подобные относятся к разряду basic science, исследованиям на базовом уровне, чистой науке. Цель подобных исследований – доказать какую-либо концепцию или найти новый исследовательский подход. Между доказательством нового подхода и испытанием его на людях – очень серьезный отрезок времени. Не во всех случаях новые методики доходят до людей.
Но вы планируете продолжение работы в этом направлении?
Насколько мне известно, в самое ближайшее время – нет. Но в будущем все может быть.
Прежде чем в медицине найдут применение новые ткани, пройдет много времени. Множество идей отсеивается. Известна ли вам какая-либо статистика по данному вопросу? Сколько времени проходит в Израиле между зарождением продуктивной идеи и ее практической реализацией?
Если речь идет о производстве нового лекарства, то от доказательства новой идеи до ее воплощения может пройти 5-10 лет. Процент тех лекарств, которые проходят весь путь разработки и тестирования до конца, абсолютно мизерный. Мне неизвестны точные данные, но интуитивно мне кажется, что если из 100 идей нового лекарства до производства доходит только одно, то это очень хороший результат. При этом, его еще надо продать.
Будет ли ошибкой сказать, что большинство исследований в области биоинженерии связаны с работой сердца?
Максимальные усилия вкладываются в те области, которые являются самыми необходимыми. Болезни сердца – это первый фактор смертности в мире, это – глобальная проблема. Хотя в Израиле рак уже обогнал сердечные заболевания. Но в любом случае – это одна из двух самых серьезных проблем современного здравоохранения. Этим объясняется огромное внимание и большие вложения в эту область.
Биоинженерия – это относительно новая область науки?
Думаю, это направление появилось около 20 лет назад. Со временем родилась идея создания подобия ткани в лабораторных условиях. Исследования клетки и попытки выращивания клеток в искусственных условиях предпринимались и раньше. Но со временем инженерия тканей – создание тканей в лабораторных условиях – выделилась в отдельную область, которая стремительно развивается.
В этой области есть две составляющих. Во-первых, это сами клетки, та будущая ткань, которую пытаются получить в лабораторных условиях. Во-вторых, эта среда, в которой выращиваются подобные клетки. Потому что в прежних условиях вырастить жизнеспособные ткани было невозможно. Чтобы создать ткань, недостаточно выращивать клетки. Следует создать среду обитания, которая позволит ткани стать трехмерной.
То есть, возникает потребность в технологии, позволяющей выращивать клетки трехмерно.
Можно ли сказать, что в области биоинженерии Израиль занимает лидирующие позиции на всем Ближнем Востоке, а, возможно, и в мире?
В принципе, во всем, что касается исследований, Израиль находится на одном из первых мест в мире. И это несмотря на то, что выделяемый на эти исследования бюджет очень мал. В Израиле есть несколько ведущих исследовательских групп, которые работают над созданием тканей сердца и других органов.
Кто проводит подобные исследования – университеты или больницы?
Биоинженерия – интердисциплинарная отрасль. Это очень важно для понимания нашей работы. Потому что, с одной стороны, тут необходим инженерный подход, а с другой – требуется глубокое знание биологии. Знание технологии производства, например, технологии создания полимеров, должно сочетаться с умением производить сложные расчеты, такие, как расчеты прохождения кислорода. С другой стороны, надо знать биологические процессы, происходящие в клетке. Если же мы говорим о лечении заболеваний, необходимо знание физиологии и медицины.
Для таких исследований нужны специалисты в каждой конкретной области, в отдельности это не будет работать. Необходима комбинация многих дисциплин для создания функциональных решений. Исследования ведутся, конечно, в университетах. Но каждая исследовательская группа, как мне кажется, работает в сотрудничестве с крупным медицинским центром, на базе которого проходят такие исследования. При этом часть исследовательской группы – врачи. Именно так было у нас.
Вы затронули проблему бюджетов. Как удается вести столь масштабные исследования при недостаточном финансировании?
Я думаю, что энтузиазм играет тут очень большую роль. Люди верят в то, что они делают. Конечно, умение выбивать гранты в дополнение к существующему финансированию, тоже важно, но чтобы их получить, нужно постоянно доказывать продуктивность исследований.
Много ли "русских" репатриантов среди израильских биоинженеров? Можно ли сказать про эту область, что это "русская" дисциплина?
Трудно сказать. Думаю, что "русские" исследователи есть, но их присутствие не настолько ощутимо, как в некоторых других науках. Я не думаю, что в Советском Союзе проводились подобные исследования. Это относительно новая дисциплина. Но полагаю, что есть врачи-репатрианты, которые работают в области биотехнологий, и, конечно же, студенты, которые изучают эту дисциплину здесь, в Израиле.
Вы можете назвать какое-либо исследование или открытие в области биотехнологий, которое оказало сильнейшее влияние на вашу деятельность и представление о данной дисциплине?
Я могу судить только о своей области: исследования биотехнологий для лечения болезней сердца. Масштабные исследования проводятся относительно редко, хотя их не так уж мало. Периодически выходят научные статьи, читая которые, думаешь: "Потрясающе интересно!". Но я отношусь к ним, скорее, как к части общего процесса: должен быть некий стимул, чтобы эта область постоянно развивалась. Я также слежу за материалами в области биологии, там тоже есть свои прорывы. В основном, они связаны с тем, что основные усилия ученых сосредоточены на всем, что касается восстановления тканей. Если мы говорим о сердце, то это восстановление тканей после инфаркта. Это очень динамичная область, в которой постоянно происходит что-то новое. С каждым разом исследования становятся все сложнее и все эффективнее.
Как вы пришли в биоинженерию?
Я учился в университете Бен-Гуриона в Беэр-Шеве, получив отсрочку от армии: окончил первую степень по биологии. Потом пошел в армию и одновременно начал обучение на вторую степень по медицинским наукам (не путать с обучением на врача), отделение физиологии и фармакологии Тель-авивского университета. И пришел на кафедру биоинженерии в университете Беэр-Шевы уже в качестве аспиранта. В Университете Беэр-Шевы существует обучение на первую степень в области биоинженерии. Но сам я пришел в эту науку немного другим путем.
Кто является вашим научным руководителем?
Сотрудник университета профессор Смадар Коэн и сотрудник больницы "Тель а-Шомер" доктор Йонатан Лиор, который был моим руководителем еще в Тель-Авиве, когда я писал диплом на получение степени магистра. Он меня привел в Беэр-Шеву. Вместе с Лиором и Коэн я работал над исследованием, результаты которого были опубликованы в журнале PNAS.
Чем вызвана мода на специальность биоинженера?
Думаю, что мода вызвана, в первую очередь, тем, что эта область очень динамично развивается.
Чем занимается человек, получивший первую степень по биотехнологии?
Он может продолжить образование или пойти работать: эта может быть работа в области фармакологии или помощь в исследованиях. Необязательно это будет работа в лаборатории. Выпускник может работать на производстве и заниматься чисто инженерным аспектами, где требуется понимание процессов, происходящих в клетке. Например, при ферментации.
В биотехнологии есть несколько областей. Например, производство лекарств или производство биореакторов. В этой области (производство биореакторов) есть свои теории, это – отдельная отрасль. Производственный процесс – это один из аспектов биотехнологии. Есть также исследовательское направление.
А почему вы приняли решение остаться в университете и писать докторат?
Честно говоря, я остался в университете, потому что не смог найти работу. Точнее, не нашел для себя ничего достаточно интересного. Израильский рынок биотехнологий не очень велик. Поэтому при приеме на работу постоянно меняются требования. Например, когда я искал работу, везде требовался, как минимум, законченный докторат. А через несколько лет на ту же работу и ту же должность могли взять человека со второй степенью.
Вы хотите сказать, что требования в этой области постоянно повышаются?
Нет, они изменяются. В соответствии с общим положением в экономике. Как в хайтеке.
Можно ли сказать, что в ближайшие годы в Израиле ожидается резкий спрос на биоинженеров?
Я думаю, что эта область еще только развивается. Мы далеки от максимального насыщения рынка, после которого спрос на специалистов начнет падать. В отличие от хайтека, биоинженерия еще не дошла до своего пика.
Что касается исследовательской работы... То, что происходит сейчас в области научных разработок, может понадобиться только через пять лет. Но это не значит, что нашу работу можно отложить. Некоторые теории мы не можем проверить в настоящее время. Над некоторыми из них даже посмеются. Но вполне вероятно, что через 40 лет эти исследования принесут своим авторам Нобелевскую премию.
Беседовала Мария Горовец