Проект студентов СПбГУ поможет лучше разглядеть раковые опухоли

Финалист конкурса «Start-up СПбГУ — 2020» команда Light up работает над созданием технологии, которая может существенно помочь в борьбе с онкологическими заболеваниями. Студенты предлагают вводить в кровоток пациентов метки с наночастицами золота и серебра, которые подсвечивают раковые опухоли, делая их более заметными для медиков.

Флуоресцентная молекулярная томография — современный метод медицинской визуализации, набирающий популярность в клинической практике. С его помощью можно следить за тем, что происходит в тканях живого организма, не извлекая их.

В основе метода лежит флуоресценция — физический процесс, который характеризуется свечением вещества. Невооруженным глазом мы можем наблюдать его в природе. Например, флуоресценция характерна для кораллов, анемонов, гидроидных медуз, веслоногих рачков, прыгающих пауков, скорпионов, головоногих моллюсков, некоторых видов рыб и птиц. Также флуоресценция нашла применение в декоре помещений, производстве одежды и даже в создании татуировок.

Флуоресцентная томография осуществляется благодаря использованию флуорофоров — молекул, способных поглощать свет и излучать его на другой длине волны. Если сместить свечение в ближнюю инфракрасную область, это позволит следить за процессами в глубине тканей.

Один из главных минусов флуоресцентной томографии заключается в том, что хорошая проходимость света может быть обеспечена только в поверхностных слоях тканей. Решению этой проблемы и посвящен проект команды Light up.

«Мы собираемся усилить сигнал флуорофора в области прозрачности биологической ткани благодаря использованию в составе меток наночастиц серебра и золота. Мы применяем именно эти металлы, поскольку они лучше других зарекомендовали себя для усиления оптического сигнала, — рассказывает капитан команды Light up, студент первого курса магистратуры программы "Химия", президент общества фотоники СПбГУ Алексей Смирнов. — Параллельно мы пытаемся понять, какие наночастицы проявят наибольшую устойчивость в изотоническом растворе, который по солевому составу соответствует крови. Важно, чтобы наночастицы сохраняли стабильность не только в синтезированной нами среде, но и внутри организма».

При этом метод может использоваться как при анализе образцов тканей пациента, так и в живом организме при операции. Однако прежде, чем применяться на организме, метки должны пройти все необходимые клинические испытания.

Было проведено много исследований по введению в организм серебряных и золотых наночастиц, токсичности не выявлено. Разумеется, пока нет данных о клинических исследованиях по части их выведения из организма, нельзя гарантировать отсутствие каких-либо побочных эффектов.

Капитан команды Light up, президент общества фотоники СПбГУ Алексей Смирнов

К наночастицам из золота и серебра подключаются векторы — биологически активные молекулы, которые селективно направят их и позволят связать метку с клеткой-мишенью.

После введения в кровоток метки распределятся по организму благодаря циркуляции. В тех тканях, где они встретятся с клеткой-мишенью, они присоединятся к ней, образуя иммунный комплекс, в котором антиген связывается с антителом. Таким образом векторы-антитела крепятся к антигенам на поверхности раковых клеток. После этого появляется возможность зарегистрировать излучение, которое исходит от целой области клеток, и четко увидеть, где она находится.

Если метки вводятся человеку, специалист следит за процессом на экране флуоресцентного томографа. В ситуации, когда они используются в лабораторной практике, применяются планшетные флуориметры и проточные цитометры.

Технология, предложенная командой Light up, может усилить сигнал флуорофора в десятки раз. Благодаря этому можно будет найти опухоли, находящиеся в глубине тканей, а также новообразования, имеющие небольшой размер. Также усиление сигнала поможет сократить количество используемых меток для единичной диагностики, что позволит удешевить процедуру, а значит — повысит ее доступность.

«Потенциально у метода может быть и другое применение. Например, подобные метки могут быть модифицированы для терапии с помощью гипертермии. Идея в том, что при поглощении излучения металлическая наночастица передает флуорофору только часть энергии, остальная энергия рассеивается в виде тепла, — объясняет Алексей Смирнов. — Таким образом в области рядом с этой частицей повышается температура. Если она дойдет до 44–45 градусов Цельсия, это может вызвать смерть клетки. Существует исследование гипертермальной терапии наночастицами, проведенное на животных: все особи излечились. В далекой перспективе эту технологию можно будет довести до тераностики, но тут нужны очень серьезные исследования. Тераностика — это модный термин, который объединяет в себе термины терапия и диагностика. Речь идет о том, что за одну процедуру мы проводим и диагностику, и терапию».

По словам Алексея Смирнова, у проекта отсутствуют прямые аналоги как в России, так и за рубежом. В первую очередь участники команды Light up попытаются заинтересовать своим продуктом иностранные компании и уже после этого выходить на отечественный рынок. Причина в том, что в России флуоресцентная молекулярная технология развита гораздо слабее. К тому же расчетная стоимость продукта команды существенно ниже флуорофоров, выпущенных за рубежом. Конечным потребителем продукта должны стать частные и государственные диагностические лаборатории.

Вместе с Алексеем Смирновым в команде Light up над проектом работают студенты магистратуры первого курса Ольга Одинцова (программа «Химия»), Вероника Лашкул (программа «Биология») и Екатерина Баранова (программа Master in Management). Научным руководителем команды выступила доцент кафедры физической химии СПбГУ Елена Соловьева. Также ребятам помогает ведущий научный сотрудник лаборатории биомедицинской химии СПбГУ Владимир Шаройко.

«В финале мы планируем представить результаты синтеза и модификации меток. Совсем недавно нам удалось зафиксировать усиление сигнала меток с золотыми наночастицами в пять раз по сравнению с обычными. Конечно, это только первый этап работы. Мы будем дорабатывать наши метки», — отмечает Алексей Смирнов.

Наибольшую сложность у команды, по его словам, вызвала оценка бизнес-части проекта. Дело в том, что проект наукоемкий, и пока сложно сказать точно, какую прибыль он может принести. Впрочем, участники утверждают, что финансовая составляющая отходит для них на задний план по сравнению с той пользой, которую может принести проект в борьбе с раковыми заболеваниями.

Конкурс «Start-up СПбГУ» проходит в Университете уже в пятый раз. Команды, представившие самые наукоемкие и коммерчески перспективные бизнес-модели, получат денежные призы от эндаумент-фонда СПбГУ. Первое место принесет 300 000 рублей, второе — 200 000 рублей, а третье — 100 000 рублей. Кроме того, двум победившим командам могут предложить создать совместно с Университетом малые инновационные предприятия. Гранты на их развитие составят 1 000 000 и 700 000 рублей. Подробную информацию о конкурсе «Start-up СПбГУ — 2020» можно узнать на сайте эндаумент-фонда СПбГУ.

«Конкурс Start-up СПбГУ невероятно полезен, особенно для молодых специалистов, которые развиваются в естественно-научном направлении. Мы работаем в лабораториях и периодически получаем интересные результаты, которые, в принципе, можно коммерциализировать. Конечно, у нас есть предмет "Экономика", но он дает только теоретические знания. А здесь мы представляем свои проекты экспертам и готовим реальные бизнес-планы. Этот опыт очень важен для нас», — подчеркивает Алексей Смирнов.