«Тату» для мышей, или Швейцарская история успеха казахстанской ученой

По словам Айжан Тастановой, добиться высоких результатов в биомедицине практически невозможно без хороших условий труда. И в Швейцарии они созданы. swissinfo.ch

В апреле 2018 года в авторитетном научном журнале Science Translational Medicine вышла статья швейцарских учёных, где был подробно описан принцип работы импланта-индикатора для диагностики нескольких видов рака. Соавтор этого проекта — ученая из Казахстана, Айжан Тастанова. 

На пути творческого поиска девушка не раз меняла наставников, профессию и место жительства. Но одно оставалось неизменным — любовь к науке, которая сделала ее известной на родине и уважаемой в Швейцарии.

От мединститута до Высшей технической школы Цюриха

Айжан Тастанова родом из Алматы. В этом казахстанском мегаполисе она окончила факультет «Лечебное дело» в медицинском университете им. Ж.Д. Асфендиярова, после чего поступила в интернатуру по специальности «Гинекология». Там Айжан поняла, что не хочет заниматься врачебной практикой и решила кардинально изменить свою жизнь. Так и случилось: девушка бросила интернатуру и уехала на языковые курсы в Бостон.

«В США я учила английский и дистанционно штудировала основы биоинженерии в Гарвардском университете», — рассказывает Айжан Тастанова. «Это направление меня настолько заинтересовало, что уже через год я решила поступить на факультет Химической и биомолекулярной инженерии в университете Джонса Хопкинса, который находится в Балтиморе, штате Мэриленд. Там мы занимались серьезными исследованиями. Например, искали стволовые клетки в поджелудочной железе взрослого человека».

После учебы в США Айжан вернулась на родину и устроилась на работу в Национальный центр биотехнологии в Астане, где поняла, что без PhDВнешняя ссылка реализовать свои идеи в Казахстане невозможно. Эти мысли подтолкнули Айжан на поиск докторских программ по биомедицине. Наиболее подходящие из них она случайно обнаружила на сайте Высшей технической школы Цюриха.

«Я просто кликнула на ссылку и выслала требуемые документы. Поступление «без заморочек» —  один из плюсов европейского образования. Если в США нужно по почте отправлять кипу бумаг, то в Швейцарии достаточно загрузить документы онлайн. И все! После чего мне дали список профессоров на выбор. Потом было несколько бесед вживую, тет-а-тет, во время которых швейцарские ученые оценивали уровень моей подготовки, а я — степень их заинтересованности в сотрудничестве со мной», — рассказывает А. Тастанова.

На одной из таких встреч Айжан познакомилась со своим научным руководителем, профессором кафедры биосистемной науки и техники Высшей технической школы Цюриха – Мартином Фуссенегером (Martin FusseneggerВнешняя ссылка). Он предложил разработать проект на стыке двух дисциплин — синтетической биологии и биомедицины. Так появилась идея создать имплант, который может выявлять маркеры хронических заболеваний. Свои исследования ученые решили акцентировать на раке. По данным Всемирной организации здравоохранения, он занимает третье место по смертности среди всех хронических заболеваний.

«Умный» клеточный индикатор

По статистике, каждая десятая в девятой степени клетка — мутированная, а значит, потенциально опасная. Иммунитет человека ее выявляет и уничтожает. Однако со временем некоторые раковые клетки начинают обманывать организм, особенно когда ослаблен иммунитет.  В таких случаях клеточный имплант тоже можно научить «хитрить». Например, выбрать какой-нибудь маркер, обучить клеточный имплант выявлять именно его и посылать ранний sos-сигнал. Так поступили Айжан и профессор Фуссенегер.

«Перебрав несколько известных маркеров рака, мы остановились на кальции. Это химическое вещество участвует почти во всех жизненно важных молекулярных процессах, поэтому его уровень строго контролируется организмом. И если вдруг в организме происходит серьезный сбой, то развивается стабильная гиперкальцемия», — говорит А. Тастанова.

У этого процесса 3 стадии – слабая, средняя и тяжелая. Коварство гиперкальцемии в том, что она протекает скрытно на раннем этапе. На среднем появляются головокружение и слабость. А тяжелая стадия может привести к коме и даже к остановке сердца. Гиперкальцемия сопровождает многие патологические процессы в организме человека, в том числе раковые опухоли. 

«Чтобы выявить гиперкальцемию, мы взяли HEK-клетку и поместили туда специальный ген, выявляющий избыток кальция. Затем в эту же клетку мы добавили тирозиназу. Так называется фермент, который производит пигмент меланин. Сначала клетки протестировали in vitro, а затем в течение двух лет экспериментировали с ними на мышах, у которых из-за ракового процесса развилась ранняя и средняя гиперкальцемия. И если в организме грызунов выявлялась гиперкальцемия, то в том месте, куда был имплантирован «умный» индикатор, появлялась родимое пятно. Его еще можно назвать татуировкой, которая сигнализирует о серьезных проблемах со здоровьем», — уточняет А. Тастанова.

Диагноз в двоичном коде

Зафиксировать видимые проявления индикатора-импланта – всего лишь полдела. Еще необходимо получить его качественные и количественные показатели. Для этого Айжан обратилась к IT-специалистам. Они разработали специальный микроскоп и программное обеспечение, которое переводит цвет и плотность меланина в пиксели и фиксирует количественные параметры. Таким образом, результат исследований ученых из Высшей технической школы Цюриха можно увидеть «в цифре» — в виде графиков и таблиц. 

Айжан Тастанова: «Поступление «без заморочек» –  один из плюсов европейского образования. Если в США нужно по почте отправлять кипу бумаг, то в Швейцарии достаточно загрузить документы онлайн. И все!»

«Полученных сведений оказалось недостаточно, чтобы опубликовать результаты в журнале Science Translational Medicine. В этом нам отказывали несколько раз. По требованию научного совета издания мы провели еще несколько экспериментов. В том числе, имплантировали индикатор в кожу свиньи, чтобы доказать – «татуировка» видна не только на тонкой коже мышей, но и сквозь толстую свиную кожу».

По словам Айжан, добиться высоких результатов в биомедицине практически невозможно без хороших условий труда. И в Швейцарии они созданы. Например, здесь аспиранты получают ежемесячную стипендию в размере 3 тысяч франков. 

На эти деньги в альпийской республике семью прокормить трудно, но студенту на жизнь вполне хватит. Кстати, в лаборатории, где работает казахстанка, – большинство иностранцы. Это парни и девушки, которые приехали из Кувейта, Ирака, Алжира, Индии и Кореи. 

«Швейцария богатая страна, и она может позволить себе привлекать лучших специалистов со всего мира и покупать для них новейшее оборудование для исследований, — рассказывает ученая из Казахстана. — И еще здесь — полная независимость. Некоторым людям нравится, когда их контролируют, но мне – нет. Впрочем, есть один большой минус: профессор имеет абсолютную власть. Если он не захочет давать PhD — вы его не получите. И это серьезная проблема — некоторые студенты уходят из Высшей технической школы Цюриха без докторской степени. Я слышала, что сейчас этот вопрос пытаются решить на уровне руководства университета».

У Айжан Тастановой большие планы на будущее. Она пишет докторскую диссертацию, совмещая учебу с работой в Департаменте трансляционной медицины компании Novartis. Девушка мечтает освоить язык программирования, чтобы решать сложные биомедицинские задачи с применением искусственного интеллекта и больших данных. Именно в этих направлениях она видит будущее биомедицины.