Кто такой наномедицинский инженер
Наномедицинский инженер — это специалист, который разрабатывает и планирует персонализированные методы лечения с использованием наночастиц. То есть методами физической и коллоидной химии он создает нанокапсулы — крошечные, как правило, размером до 1 микрометра, контейнеры, в которые помещается лекарство.
По сравнению с обычными пилюлями нанокапсулы можно модифицировать так, чтобы они значительно увеличивали адресность — точность доставки лекарства — и этим позволяли снизить побочные эффекты, потому что препарат бьет прицельно, не затрагивая здоровые органы и ткани. А еще нанокапсулы предотвращают деградацию и метаболизацию содержимого до доставки по адресу и не дают лекарству спровоцировать ответ иммунной системы. Благодаря особым конструктивным решениям нанокапсулы могут высвобождать вещество постепенно, поддерживая его концентрацию внутри «терапевтического диапазона» длительное время.
Наноконтейнеры для лекарств могут быть из липидов — таких же молекул, как и те, из которых состоит мембрана клетки организма, а еще из неорганических веществ: золота, серебра, кремния, церия или их оксидов и многого другого.
Наномедицинский инженер — это одна из профессий будущего.
Чем занимается наномедицинский инженер
В сущности, наномедицинский инженер придумывает, из чего собрать нанокапсулу и — что самое интересное — как именно. Ведь задача на самом деле не просто собрать капсулу, которую видно разве что в электронный или аналогичный микроскоп, но и сделать так, чтобы она нашла свою цель в организме и сработала в том месте, где надо. Например, чтобы все то, с чем капсула встретится в крови, на нее не действовало, но едва она доберется до опухоли — раз, и содержимое вырывается наружу.
Или другой пример: разные клетки организма отличаются, помимо прочего, тем, какие белковые молекулы есть на их поверхности, то же касается и раковых клеток. И, покрыв наноконтейнеры антителами к этим специфическим белкам, можно еще больше увеличить точность доставки. Но это не решает вопроса, как выпустить содержимое капсулы в нужное время и в нужном месте.
Наномедицина — область очень молодая, поэтому все время просто варить наноконтейнеры по заготовленным рецептам не придется. Планирование в данной области — это не просто расписание на неделю вперед, это еще и предсказание характеристик материалов, поиск путей доставки, механизмов активации.
Антон Лопухов, кандидат химических наук, доцент кафедры химической энзимологии Химфака МГУ:
«Большое влияние на развитие области оказывают успехи в материаловедении и физико-химических технологиях характеризации и анализа, а также динамично развивающаяся отрасль прикладного применения искусственного интеллекта (ИИ). ИИ позволяет не только предсказывать свойства новых материалов, но и оптимизировать параметры доставки лекарств к конкретным типам клеток. Это открывает путь к созданию умных терапевтических систем на основе сложных композитных материалов, таких как стимул-чувствительные полимеры и многое другое.
Глобальный тренд на персонализированную медицину также стимулирует поиск решений для целевой доставки индивидуально подобранных препаратов. Ожидается, что инвестиции будут расти, поддерживая выход новых технологий на стадию клинических испытаний».
Ключевые навыки
«Знания химии и базовые навыки работы с лабораторным оборудованием всегда будут полезны. Но в целом однозначного набора «обязательных» компетенций нет — значительная часть обучения происходит уже в процессе работы. Наномедицина — это междисциплинарная сфера, где важно уметь быстро осваивать новые методы и подходы, работать на стыке разных наук и быть готовым к постоянному развитию», — говорит Ксения Амелина, аспирантка Сколковского института науки и технологий («Сколтеха»), выпускница РХТУ и «Сколтеха», чья работа связана с разработкой нанокапсул, которые могли бы осуществлять доставку лекарств прямо в головной мозг, чтобы лечить нейродегенеративные заболевания и злокачественные опухоли.
Помимо химического синтеза, понимания особенностей новых материалов и всех вспомогательных методик современной химии, важно помнить, что это хоть и нано-, но медицина. Не будут лишними знания физиологии, молекулярной биологии, биохимии.
Антон Лопухов:
«Ключевыми можно назвать навыки химического синтеза и характеристики наноструктур, а также навыки планирования и исполнения эксперимента. Критически важно владение современными аналитическими методами, такими как электронная микроскопия, динамическое светорассеяние и хроматография, для точного определения ключевых параметров наноконтейнеров. Не менее востребованы умения работать с клеточными культурами и проводить доклинические исследования на животных моделях для проверки биологической активности полученных систем. Постоянное обучение и интерес к новейшим научным достижениям в смежных областях также является неотъемлемой частью успеха в этой сфере».
Тренды и направления профессии
Одно из активно развивающихся направлений биомедицины сейчас — тераностика (терапия+диагностика). Суть в том, чтобы диагностическую процедуру сделать при необходимости еще и терапевтической. Одна из стратегий — комбинация адресной доставки лекарства с детектируемыми частицами для получения изображения опухоли. Детекция происходит, как правило, за счет радиоактивного распада частиц, доставленных в опухоль. Помимо воздействия на раковые клетки, это может помочь оценить размеры и локализацию новообразования или успешность операции по ее удалению: если что-то светится, значит, не все опухолевые клетки были удалены. Это гораздо более щадящий режим, чем позитронно-эмиссионная томография, при которой источник излучения «пришит» к глюкозе и, кроме опухоли, поступает в мозг, накапливается в мочевом пузыре и т. д.
Много усилий прилагается сегодня в направлении персонализированной медицины. Наномедицинский инженер может адаптировать систему доставки под конкретный случай, поместить генотерапевтический препарат внутрь нанокапсулы, разработать способ пролонгации действия лекарства, то есть постепенной деградации нанокапсул.
Откуда придет профессия
Формально — создание нанокапсул (наночастиц, наноконтейнеров) принадлежит к области коллоидной химии, разные варианты таких систем делались очень давно, еще до возникновения термина «нано». Важную роль сыграли разработки сотрудников кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ и лаборатории химического дизайна бионаноматериалов. С помощью них удалось существенно смягчить последствия химиотерапии для онкологических больных. Дело в том, что, несмотря на существенный прогресс в иммунотерапии злокачественных опухолей и персонифицированном подборе ингибиторов мутантных белков, наиболее востребованным терапевтическим методом является использование химиотерапии, которая бьет по всем быстро делящимся клеткам: отсюда и выпадение волос, и диарея, и многие другие побочные эффекты таких лекарств, как цисплатин или доксорубицин. Поэтому адресная доставка, позволяющая не прибегать к неприемлемой в медицине стратегии выжженной земли, но при этом использовать высокие дозы «химии», будет только наращивать актуальность.
Как стать наномедицинским инженером
Ксения Амелина:
«В эту область можно прийти из разных направлений — химии, физики, инженерных специальностей, биологии или медицины. Наномедицина всегда строится на стыке наук: мы используем материалы и химию для решения конкретных медицинских задач. В нашей лаборатории, например, работают выпускники РХТУ, МИФИ, МГУ и других университетов. Поэтому важнее не конкретный вуз, а готовность совмещать разные дисциплины и учиться новому».
Львиная доля практических навыков в естественных науках осваивается не на университетских практикумах, а в лабораториях, и в этом случае нет ограничений — например, будучи студентом химического факультета ВШЭ, можно заниматься наукой в МГУ или институтах Российской академии наук.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.