Нанокристаллы, нейроинтерфейсы и амилоиды – как открытия молодых ученых изменят нашу жизнь

0

Лауреатами премии президента России в области науки и инноваций для молодых ученых за 2020 год стали четыре научных коллектива. Все их открытия, так или иначе, направлены на повышение качества жизни людей.

Изучение амилоидов поможет больным с Альцгеймером

Петербургские ученые из «Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии» Кирилл Антонц и Антон Нижников, исследуя горох, обнаружили у растений специфические функциональные белки – амилоиды, и выяснили, что эти белки отвечают за «консервацию» питательных веществ внутри семян. Исследование ученых опубликовано в научном журнале PLOS Biology. Амилоиды находили и раньше у бактерий, архей, животных и грибов, но впервые обнаружили у растений.

«Это исследование поможет в борьбе с неизлечимыми заболеваниями, а также в проведении перспективных разработок в области продуктов питания функционального назначения», — сообщается в сообщении пресс-службы комитета по науке и высшей школе Санкт-Петербурга.

Существует более 40 болезней, связанных с амилоидами. Все они с трудом поддаются лечению или неизлечимы. Это диабет, рак, болезнь Альцгеймера. Инфекционные амилоиды способны повреждать здоровые белки и превращать их в амилоидные бляшки, которые смертельно опасны для органов. Так, болезнь Альцгеймера связывают с накоплением амилоидных бляшек в тканях мозга.

«Любопытно, что при прорастании семян растения разрушают амилоидные бляшки. Давайте пофантазируем, что мы научились разрушать амилоиды в организме человека. Это наша мечта», – рассказал в комментарии RT декан биологического факультета Петербургского университета и научный руководитель ВНИИСХМ академик Игорь Тихонович.

Эксперименты показали, что млекопитающие не способны полностью переваривать растительные амилоиды. Они не распадаются под воздействием пищеварительных ферментов и при варке, сохраняются после консервирования, ухудшают пищевую ценность семян, поэтому важно понять, каким образом можно снизить образование амилоидов, чтобы получить сорта с большим количеством обычных белков. Таким образом, эти культуры могут стать более питательными.

«Каранахан» и «Панаген»повысят шансы больных раком

Новосибирские исследователи из «Федерального исследовательского центра Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН» Евгения Долгова, Екатерина Поттер и Анастасия Проскуриной разработали новый подход к лечению рака.

Ученые создали и протестировали две новые технологии лечения. В первой – применяют препарат «Панаген» на основе фрагментированной двуцепочечной ДНК. Клинические исследования «Панагена» при лечении рака молочной железы прошли успешно. Доказано, что препарат не только снижает негативные последствия химиотерапии, но и запускает противоопухолевый иммунитет.

Вторая технология – «Каранахан», что в переводе с санскрита означает «Убивающий причину». В ее основу легла уязвимость раковых стволовых клеток в определенные периоды своего жизненного цикла.

Источник раковой опухоли – злокачественные стволовые клетки. Если хоть одна из таких клеток «переживает» курс лечения, она может в любой момент запустить процесс образования новой опухоли. «Каранахан» – это целенаправленное воздействие на такие клетки двумя активными субстанциями – цитостатиком, блокирующим деление клеток, и препаратом на основе ДНК. Режим подбора инъекций индивидуален для каждой опухоли.

«Мы обнаружили, а затем экспериментально подтвердили, что уникальным свойством стволовых клеток различного генеза, включая стволовые инициирующие раковые клетки (СИРК), является способность захватывать экстраклеточные фрагменты ДНК естественным природным механизмом. Дальнейшие исследования показали, что, если дать СИРК возможность захватить такие фрагменты через определенный временной промежуток после воздействия цитостатиком циклофосфаном (химиотерапия), то клетка не может завершить процесс восстановления после воздействия ХТ и погибает», – объяснил руководитель лаборатории ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» Сергей Богачев.

Новый способ борьбы с раком сотрудники института также называют «3+1» – первые три дозы введенного в опухоль препарата убивают основную массу стволовых раковых клеток, а четвертая уничтожает оставшиеся.

Технология была успешно протестирована на экспериментальных опухолях мыши и человека. Ученые считают, что использование химиотерапии в сочетании с технологией «Каранахан» повысит шансы больных раком на выздоровление.

Нанокристаллы сделают невозможной подделку денег

Заведующий лабораторией лазерной биомедицины ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН Евгений Хайдуков разработал методологическую платформу для воспроизводимого синтеза нанокристаллов.

«Мы научились делать наночастицы, которые способны преобразовать длинные волны в короткие, – условно говоря, инфракрасный свет в обычный или даже в ультрафиолетовый. Подобные наночастицы делает много кто в мире – это такое горячее пятно на научном поле. Но в отличие от других нам удалось повысить эффективность преобразований инфракрасного света в ультрафиолетовый в таких наносистемах. – рассказал ученый в интервью журналу «Эксперт», – А с другой стороны, мы научились масштабировать технологию синтеза этих наночастиц, то есть мы можем получать их в больших количествах. И самое главное, они все друг на дружку похожи, их ключевые свойства от синтеза к синтезу не меняются. То есть обошли большое ограничение, сдерживающее все развитие нанотехнологий вообще: синтез любой наносистемы довольно сложно точно повторить».

Синтезируемые нанокристаллы можно применять в биотехнологиях – например, для биовизуализации. Видеть, что происходит в разных структурах организма, крайне важно для биологов или для людей, которые испытывают лекарства, чтобы отследить, как происходят изменения в опухоли, объясняет Евгений Хайдуков.

«Инфракрасный свет очень глубоко проникает в биоткани по сравнению с обычным. Если преобразовывать инфракрасный свет не в ультрафиолет, а в другие инфракрасные кванты с немного иной длиной волны, можно просвечивать ими мышку насквозь, малые лабораторные животные для этого излучения просто прозрачны. Если мы нашими наночастицами промаркируем определенные структуры в животном, то в режиме реального времени увидим, например, как у животного сокращаются легкие, как оно дышит», – рассказал ученый.

Кроме того, ученым разработан новый класс нанометок. Их можно наносить, например, на деньги. Подделать купюры с такими метками станет невозможно.

«Построить технологию защиты от подделки можно на том же принципе преобразования инфракрасного излучения в фотоны с нужной длиной волны. На современных бланках ценных бумаг под действием синего света какие-то объекты флюоресцируют красненьким, зелененьким — там есть такие ниточки специальные, которые, впрочем, не обеспечивают должного уровня защиты от подделок. А если использовать наши наночастицы, то набор фотонов, которые они испускают, можно запрограммировать, то есть закодировать в его спектре некую информацию. Это уже совсем другая история, напорядок возрастает сложность подделки», – отмечает  Евгений Хайдуков.

Нейрокомпьютерный интерфейс научит пилотов и детей концентрировать внимание

Ученый университета «Иннополис» Владимир Максименко создал систему контроля работы мозга, позволяющую увеличить концентрацию внимания и двигательную активность человека.

Владимир Максименко предложил математические модели нейронных сетей, на основе которых разработал инвазивные и неинвазивные интерфейсы «мозг-компьютер». Это системы, созданные для обмена информацией между мозгом и электронным устройством (например, компьютером). Они могут быть инвазивным – в этом случае в мозг пациента вживляется микрочип, который воспринимает электрические сигналы, которые посылают нейроны мозга, а также неинвазивным.

Инвазивный интерфейс, созданный на основе модели Владимира Максименко, позволяет предотвращать приступы у больных эпилепсией.

Также разработан неинвазивный интерфейс для контроля концентрации внимания. С его помощью можно быстро повысить концентрацию внимания за счёт использования биологической обратной связи (прим. ВЭ – Биологическая обратная связь – это учебный процесс, в котором люди обучаются улучшать свое психологическое состояние, здоровье, наблюдая сигналы, идущие от своего тела). Такой интерфейс может пригодиться представителям профессий, где цена ошибки велика, – например, пилотам самолетов и водителям наземного транспорта, а еще детям с синдромом дефицита внимания. Также разработка Владимира Максименко позволяет восстановить моторные функции, в том числе у пациентов после инсульта, путем «идентификации воображения двигательной активности».

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here