Магнитный биопринтер Organ.Aut и одна из кювет. Фото Ирины Найдёновой
Недавно я взял интервью у одного замечательного человека и решил поделиться с вами. Сегодня наш герой — Юсеф Хесуани, управляющий партнер «3Д Биопринтинг Солюшенс».
Неприметное двухэтажное здание во дворах вдоль Каширского шоссе. Легкий летний ветерок приглаживает редкие березки у входа в здание. Здесь, на третьем этаже располагается лаборатория компании. Вместе с её Юсефом Хесуани мы пьём кофе в переговорной комнате. В команде он с самого основания лаборатории в 2013 г., когда в Россию перебрался Владимир Миронов, один из ведущих мировых специалистов по биопечати и биофабрикации. Юсеф признаётся, что тогда это направление в регенеративной медицине казалась чем-то на грани научной фантастики. Пока он рассказывает о пути к космонавтике, я через стекло двери в коридор разглядываю сотрудников. Они упаковывают коробки. Всё правильно — лаборатория растёт и в этом здании ей уже становится тесно. Переезд в совместную с МИСиС лабораторию завершится в июне, а пока не до белых халатов и стерильности.
Я: Юсеф, а зачем нам вообще понадобилось отправлять белки коронавируса в космос?
— В условиях микрогравитации удаётся получить более чистые кристаллы и значительно больших размеров, — поясняет Юсеф и проводит меня по коридору уже в саму лабораторию.
По пути он добавляет, что кристаллизация белка – это по сути «получение слепка» его третичной структуры. Её изучение помогает определить структуру и свойства белка, как он взаимодействует с другими белками. Например, как вирус коронавируса узнаёт наши клетки, чтобы присоединиться и проникнуть в них. И точно так же позволяет разработать защиту от них.
Что делали белки коронавируса на МКС
На одном из столов стоит магнитный биопринтер Organ.Aut, — один в один с тем, что с 2018 г. летает на МКС. Оттуда Юсеф достаёт одну из кювет. Показывает на просвет — в желеобразном растворе действительно отчётливо видны небольшие кристаллики.
Я: Ничего себе, какие маленькие.
— Так это вообще на сегодня рекордный размер кристаллов белков, которые были когда-либо выращены — возражает мой собеседник — до 1,7 мм, на Земле удаётся получить в разы меньше. И добавляет, что это кристаллы белка лизоцима, давно используемого всеми белка для отработки технологий. Эти кюветы вернули с МКС ещё в 2019 г.
А настоящие кристаллы белков коронавируса сейчас находятся в МФТИ, одном из нескольких отраслевых партнёров «3D Биопринтинг Солюшенс» в реализации этого сложного эксперимента. Раньше полученные биокристаллы отправляли для изучения методами рентгеноструктурного анализа в партнёрскую лабораторию Гренобля. Но теперь те перестали работать с научными организациями из России, поэтому компания изучает возможность отправки их в Китай.
Кювета с кристаллами белков лизоцима, выращенными на МКС. Фото Ирины Найдёновой
«Такого опыта с Китаем еще не было, логистика и возможности китайских коллег еще не до конца известны. И, честно говоря, страшновато отправлять полученные в космосе кристаллы белков в качестве пробного шара. Мы сначала наработаем в Китае определенную статистику, отправим туда тот же лизоцим или что-то еще», — делится Юсеф.
Разумный подход, но, конечно, по его глазам видно, что всем в «3Д Биопринтинг Солюшенс» не терпится получить результаты как можно быстрее. Юсеф ждёт предварительные результаты исследований кристаллов белков коронавируса до конца этого года.
Да, долго, да напряжённо, но даже такие сроки — фантастически быстрые для любого космического эксперимента. «На всё про всё, с обучением космонавтов, отправкой, проведением эксперимента и возвращением результатов с МКС ушло четыре месяца». Обычно подготовка такого сложного эксперимента занимает от полутора до несколько лет.
На МКС выращивали кристаллы двух белков: RBD-белка штамма «Омикрон» коронавируса (он находится на концах шипиков, которыми крепится к ACE2-рецептору клетки) и нуклеокапсидного белка (отвечает за высвобождение генетического материала вируса после его проникновения в клетку).
«Уже были отработаны методы математического моделирования, как RBD-белок штамма «Омикрон» коронавируса сцепляется с ACE2-рецептором клетки человека. По результатам эксперимента мы как раз посмотрим, насколько они правильны. А в случае с нуклеокапсидным белком нужно было найти способы заблокировать проникновение коронавируса в клетку», — терпеливо объясняет Юсеф практическое применение исследования. Понимание этих процессов приведёт уже к разработке более эффективных лекарственных препаратов и будет иметь важнейшее практическое значение для всего человечества — мы только что перенесли двухлетнюю пандемию.
Выращенные на МКС кристаллы белка лизоцима и его пространственная структура
Как всё начиналось
Между тем, во время открытия в 2013 г. никто и не помышлял о космосе. Проект создания лаборатории в области регенеративной медицины родился внутри группы компаний ИНВИТРО, где, пройдя инвестиционный комитет, был оформлен в отдельный спин-офф. В Россию тогда удалось пригласить Владимира Миронова, одного из ведущих мировых специалистов, долгое время возглавлявшего лабораторию по биопечати и биофабрикации университета Северной Каролины (США).
А дальше всё завертелось. В 2014 г. лаборатория разработала первый российский биопринтер Fabion и на следующий год был напечатан конструкт щитовидной железы мыши, — новость об этом тогда облетела весь мир. В 2016 г. была разработана новая линейка биопринтеров Fabion 2.0, уже под управлением собственного российского софта, через год в лаборатории был разработан гидрогель Viscoll (для печати живыми клетками они должны находится в комфортной среде). В 2018 г. начались уже космические эксперименты, первые работы по отправке клеток щитовидной железы мыши и хрящевой ткани человека в космос. В следующем году они продолжились, но уже фосфатными материалами и бактериями. В 2020 г. был представлен in situ биопринтер на основе роботизированного манипулятора для биопечати в условиях операционной. В 2021 г. с разработкой принтер для печати пищевых продуктов лаборатория открыла у себя направление food-tech (совместный проект с KFC по печати куриных наггетсов).
Ну а 2022 войдёт в историю компании как год переезда, уже в совместную с МИСиС лабораторию. Общая с коллегами оттуда команда теперь насчитывает 25 человек, а скоро ожидается пополнение. Лаборатория растёт, множится число направлений работы, нужны новые помещения — в историческом месте на Каширке под крылом ИНВИТРО уже не поместиться.
Фото Ирины Найдёновой
Так как вы в итоге дошли до экспериментов в космосе? — наконец вспоминаю я свой главный вопрос, отвлекаясь от созерцания работающего принтера.
Как оказалось, на одной из научных конференций Юсеф познакомился с профессором Димерчи из Стэнфорда, в шутку они обсудили возможность управления клеточными конгломератами безо всяких гелей, пусть для этого их и придётся отправить на МКС, в условия микрогравитации. А затем он подумал, а почему бы и нет? В итоге лаборатория обратилась в Роскосмос с вопросом о возможности проведения таких экспериментов.
По словам Юсефа, это была сложная история. До этого на МКС проходили лишь эксперименты по федеральной космической программе и чисто коммерческие, с оплатой всего. Но в итоге удалось разработать промежуточный тип, когда эксперимент является коммерческим (частная компания сама разрабатывает научную аппаратуру), но часть издержек берёт на себя государство (отправка, возвращение результатов, использование ресурсов МКС и т.д.). При этом полученные результаты научного эксперимента используются совместно.
Юсеф: «Для меня это, конечно, было удивительно, что такая большая госкорпорация готова идти на диалог с небольшими участниками. Да, конечно, сыграли на руку возможности ИНВИТРО, нашей материнской компании, в части юридического, бухгалтерского сопровождения. В итоге коллеги с обоих сторон проделали колоссальную работу по формированию нового типа соглашений, а мы стали первопроходцами».
Космос открыл новые направления исследований
Так чем вы там в итоге занимаетесь? — вновь спохватываюсь я.
— Если кратко, то мы разными способами распределяем клетки в трёхмерном пространстве. А в космосе мы используем технологию, которая напоминает лепку снежков, когда вы одновременно со всех сторон прессуете снег, получая комок. То же самое мы делаем в космосе, только для формирования тканевых конструктов используем магнитные поля.
Микрогравитация даёт возможность использовать клеточный материал без соприкосновения с какой-либо поверхностью. Это приводит к быстрому срастанию клеток между собой с формированием микро и макротканей. Плюс, микрогравитация идеальная среда для выращивания трубчатых и полых конструктов, они там не схлопываются.
Юсеф: «В этом плане наш подход полностью противоположен американскому, которые привозят на МКС классические экструзионные биопринтеры, которые печатают послойно, пытаясь «победить» микрогравитацию. А мы, напротив, пытаемся её «оседлать», использовать как триггер для создания объектов». Тем не менее, классический для 3D-печати подход тоже необходим, к примеру, для «послойной» печати повреждённых участков кожи или более глубоких слоёв сразу в область дефектов.
Я: Всё-таки не понимаю, как вы от довольно узкого направления регенеративной медицины дошли до кристаллографии, фармакологии, вирусологии/бактериологии?
Юсеф: Мы просто находимся в постоянном поиске применения наших технологий. Как оказалось, соли гадолиния (Gd3+, хорошо известны как контрастные вещества при проведении МРТ) для создания «магнитных ловушек» в нашем 3D-биопринтере, используются и на Земле, для различных методов рентгеноструктурного анализа белковых кристаллов.
В итоге космические эксперименты стали проводить не только с клетками, но также с синтетическими материалами, органикой, выращиванием белковых кристаллов. «Казалось бы, лаборатория занимается направлением регенеративной медицины. Но если мы видим, что у нас есть внутри люди с горящим глазами, готовые довести проект до какого-то понятного практического применения, и он лежит в соседней области, используя те же технологические мощности, — то почему бы и нет».
Различные возможности использования трёхмерного магнитного биопринтера
Будущее
Поэтому к себе в «3Д Биопринтинг Солюшенс» относятся, скорее, как к R&D-центру, где рождаются различные новые идеи и технологии. А для их практического внедрения можно уже создавать отдельные spin-off совместно с отраслевыми партнёрами, в т.ч. для товаров массового потребления. Одним из них, к примеру, станет зубная паста на основе фосфатов кальция (ОКФ), восстанавливающих зубную эмаль. Идеальные условия кристаллизации ОКФ были подобраны как раз в космосе.
Или другое крайне интересное направление, — выращивание там кристаллов бактериородопсина. Этот бактериальный белок высокоэффективно переносит энергию фотонов света через мембрану клетки. На его основе планируется разработать материалы для солнечных батарей с кратным ростом КПД.
На МКС был поставлен ряд экспериментов по изучению поведения бактерий в стрессовых условиях космоса. Выяснилось, что у них повышается экспрессия генов, отвечающих за ускоренный метаболизм. Это позволяет сравнительно быстро получать новые штаммы бактерий для пищевой промышленности, используемых, к примеру, в производстве кисломолочной продукции или дрожжевых культур.
Вообще эти эксперименты показали, что важно понимать, как ведут себя окружающие нас микроорганизмы в условиях космического пространства.
Юсеф: «Число клеток микробиома внутри нас вообще-то превышает количество клеток самого организма человека. Как они себя поведут в условиях длительных космических полётов?».
Освоение дальнего космоса вообще ставит перед человечеством новые вызовы, напоминает он. Мы столкнулись, к примеру, с цингой, только с началом эры Великих географических открытый. Спрогнозировать то, как на человека повлияет новый космический фронтир на протяжении длительного времени пребывания в космическом пространстве, сейчас также невозможно. Но своими экспериментами лаборатория как раз готовит технологическую базу для изучения этих вопросов.
«Меня лично космос прельщает тем, что там безграничное место для фантазии, — отвечает Юсеф на мой немой вопрос о значении космоса для него. — Очень важно не говорить себе «нет», не ограничивать себя. Ведь космос как раз про это — там нет ничего невозможного. Космос — это про преодоление, про большие цели, что нет ничего невозможного. И наука — ровно про это же».
Юсеф Хесуани, управляющий партнёр «3Д Биопринтинг Солюшенс». Фото Ирины Найдёновой
Так закончился разговор с Юсефом Хесуани, у которого началась очередная встреча. Я мысленно желаю ребятам успехов в это непростое время, а сам вновь оглядываю помещения лаборатории. Всё свободное пространство по большей части заставлено различными картонными коробками и упаковками, свободной тарой, ещё не демонтированным лабораторным оборудованием. На полу — пара деревянных ящиков с большой надписью «Хрупкое. Не кантовать» и обратным адресом Байконура. В общем, пока совсем не лабораторный антураж, но окончательно переехать Юсеф рассчитывает уже к середине июня. Поэтому вскоре всё снова приобретёт стерильность и благоустроенность, а сотрудники вновь оденут белые халаты с характерными лазоревыми воротничками.
PS. В конце июня 2022 г. переезд «3Д Биопринтинг Солюшенс» в совместную с МИСиС лабораторию завершился.
