Фундаментальные разработки в российской химической науке

ЭкспертНаука

Современная химия: где ждать прорывов

Фундаментальные разработки в российской химической науке находят применение в создании новых медицинских препаратов и адресной их доставке, в проектировании новых материалов и в новой энергетике

Виталий Лейбин

Декан химического факультета МГУ Степан Калмыков. Фото: Мария Бродская / Пресс-служба химического факультета МГУ

Продукты современной химии повсюду, и, может быть, поэтому мы их редко замечаем — от новых материалов для дома и промышленности до новейших медицинских препаратов. О том, где сейчас передний край химической науки и где ждать прорывов в практику «Эксперту» рассказал декан химического факультета МГУ Степан Калмыков. По научной специальности он радиохимик, автор практически важных работ по экологической безопасности при захоронении ядерных отходов и применении радионуклидов в медицине. Он также эксперт по отрасли в целом как избранный в 2019 году декан химического факультета крупнейшего вуза страны и участник комиссии Министерства науки и образования, которая в конце сентября на открытом конкурсе определила 106 университетов — получателей проектных грантов, базовая часть которых составляет 100 млн рублей. Защита проектов была содержательной и позволила увидеть наиболее прорывные научные и практические направления не только столичных, но региональных вузов.

Точный адрес для лекарства

— Где в российской науке ожидаются прорывы, судя по тому, на что делают ставку российские университеты? И есть ли среди этих направлений химия?

— Для отбора университетских проектов для программы «Приоритет 2030» мы заслушали почти двести университетов, и почти все они медико-биологическое направление развивают как основное, которое обеспечит им прорыв в ближайшие десять лет. Это не просто дань моде, объективно вопросы, связанные с качеством жизни, продолжительностью жизни, с лечением опасных болезней, и без того были самыми волнующими для человечества, а сейчас еще и коронавирус прибавил к ним интереса.

Химия является основой всех этих процессов. Химия везде, где мы говорим о молекулах. В центре биомедицинских исследований стоит молекулярная биология, и хотя в этом названии слова «химия» нет, но сама химия есть. Некоторые химики несколько ревнуют, когда очередную Нобелевскую премию по химии дают как бы за биологию. Но это не так: большинство «биологических» Нобелевских премий по химии дали за молекулярную биологию, то есть на самом деле за химию.

— А Нобелевка этого года за создание асимметричного органокатализа — это «чистая» химия?

— Да, премия этого года — прямо за химию. Но и это напрямую связано с лекарствами, с фармацевтической химией. И в этом общемировой тренд.

— Какие тренды в проектировании новых лекарств?

— Прежде всего это адресная доставка. В моей специальности, радиохимии, задача состоит в том, чтобы найти биологическую молекулу, которая специфично в организме идентифицирует патологические органы или ткани на фоне здоровых, накапливается именно в них. Мы к этой молекуле «пришиваем» разными химическими способами (если это металлы, то комплексами, если это галогены, то ковалентной связью) радиоактивные атомы. Они накапливаются в нужных нам тканях, и затем по излучению мы можем сделать точную молекулярную визуализацию. А это значит, что по излучению мы знаем, что есть какая-то патология, мы ее можем обрисовать, чтобы затем подобрать терапию.

Кроме онкологии эти методы применяются в ранней диагностике и прогнозировании сердечно-сосудистых заболеваний, которые являются основной причиной смерти людей. Кроме того, нейродегеративные заболевания. Мы можем за десять-двадцать лет предсказать склонность к болезни Паркинсона у пациентов, у которых никаких клинических проявлений нет. А ведь зачастую пациент приходит в клинику тогда, когда уже есть явные внешние проявления болезни, когда уже трудно лечить, когда речь идет уже о том, чтобы только затормозить процесс, а вероятность полного излечения существенно меньше.

Наши методы ранней диагностики делают ее более простой и вполне доступной для массовых скринингов. В Америке это уже огромный бизнес, огромные деньги крутятся в этой сфере. Только в радиационной медицине в США проводится 20 миллионов диагностических процедур в год! То есть это уже рутина, стандартные процедуры, которые помогают оценить предрасположенность к заболеванию либо увидеть болезнь на начальных этапах ее развития. Сейчас диагностические процедуры составляют порядка 90 процентов рынка радиационной медицины. И этот рынок только набирает обороты.

И точечная доставка в ткани и органы — основной тренд не только в радиационной медицине, но вообще в фармацевтике. На этом принципе основано действие всех высокоэффективных лекарств.

— А как устроена адресная доставка? Что заставляет вещество выбирать те или иные клетки или органы? Внутри организма биологические молекулы находят нужные клетки по специальным рецепторам на них. А как новые химические вещества находят цель?

— Примерно так же. Скажем, раковая клетка (поскольку она постоянно делится и растет) вообще склонна больше веществ захватывать. Количество рецепторов на клеточной мембране у раковых клеток значительно больше, чем на обычной клетке. Соответственно, у нас есть в составе молекулы фрагменты, которые позволяют определить именно раковую клетку за счет того, что с ней большая вероятность связывания. Далее важно, чтобы ваша молекула (которая должна провести либо диагностическую, либо терапевтическую операцию) не просто осталась на клеточной мембране снаружи, но и попала внутрь клетки. И в ряде случаев важно, чтобы она попала не просто в цитоплазму, а в ядро или в митохондрию, где действие вашего вещества наиболее сильно. Например, в случае терапии мы присоединяем короткоживущий радиоизотоп к веществу-доставщику, и если он попадает в ядро, то эффективно и быстро убивает раковые клетки, не повреждая здоровые. За короткое время жизни радиоизотоп должен точно попасть туда, где с наибольшей вероятностью убьет рак. Фактически это мощнейшая лучевая терапия, но она вообще не затрагивает соседние здоровые клетки. И если мы находим молекулу, которая способна обеспечить доставку радиоизотопа в ядро или в митохондрию раковой клетки, то вероятность гибели таких клеток резко увеличивается, соответственно, намного увеличивается терапевтический эффект и уменьшаются дозы, которые нужны каждому конкретному пациенту, чтобы обеспечить эффективное лечение.

— С опухолевыми клетками более или менее понятно. Они действительно очень особенные. А как диагностируются с помощью радиодиагностики, например, сердечно-сосудистые заболевания?

— Здесь как раз все очень просто. Это один из тех примеров, когда радионуклид, использующийся в диагностических целях, вводится в составе очень простой химической формулы. Радионуклид в данном случае — это рубидий-82. В ионной форме рубидий ведет себя точно так же, как обычный для организма калий, это означает, что он проникает в клетки кровеносной системы благодаря молекулярным клеточным насосам. Период полураспада у него очень маленький — всего две с половиной минуты, это значит, что мы можем видеть работу миокарда и любые другие части кровеносной системы в динамике — например, в спокойном состоянии и в движении. Соответственно, мы можем целиком визуализировать всю сердечно-сосудистую систему и определять патологии на очень ранней стадии и предрасположенность к сердечно-сосудистым заболеваниям. Мы с «Росатомом» сейчас находимся на стадии внедрения этого препарата в России. В США он достаточно давно используется, годовой рынок одного рубидия-82 оценивается в два с половиной миллиарда долларов.

— Мы во всей этой сфере в догоняющем режиме или у нас есть что-то, что впереди всех?

— Еще в 19701980-х годах мы были в авангарде всего, что связано с атомными технологиями, не только военными, но и мирными, в том числе медицинскими. Поэтому и связанная с этим химия была передовой — разделительная химия, методы выделения и очистки, методы наработки медицинских радионуклидов. К сожалению, демодернизационные процессы, которые шли в 1990-е годы, недофинансирование, очень здорово отбросили нас в хвост в общемировой картине высокотехнологичной медицинской помощи. К тому же многие из новейших и технологичных процедур дорогостоящие, не все из них и не в полной степени покрываются страховой медициной. В результате получается, что на нашем рынке спрос-то есть, и он большой, но он малоплатежеспособный. А в развитии медицины драйвером инноваций является спрос.

Да, по многим параметрам мы сейчас объективно отстаем, но не на уровне разработки, а на уровне внедрения в каждодневную клиническую практику. На уровне разработок есть абсолютно фантастические идеи, которые опережают всех в мире. Передовые научные группы у нас есть, причем они нацелены на достижение реальных практических результатов, в нашем случае — на создание конкретных препаратов.

— Например?

— В Институте биологии гена, на биофаке МГУ под руководством члена-корреспондента РАН Александра Сергеевича Соболева в очень тесном в сотрудничестве с «Росатомом» и с Федеральным медико-биологическим агентством работает группа, которая разрабатывает так называемые модульные нанотранспортеры — искусственные белковые молекулы, которые обеспечивают точечную доставку препаратов в ядро и митохондрию раковых клеток. Уже показана их эффективность в лаборатории, в ближайшие годы можно дойти до стадии доклинических испытаний как минимум.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Конец эпохи депозитов Конец эпохи депозитов

Об изменениях на рынке сбережений в условиях низких ставок

Forbes
«Трудно передать атмосферу, когда видишь Землю». Юлия Пересильд — о космическом полете «Трудно передать атмосферу, когда видишь Землю». Юлия Пересильд — о космическом полете

Актриса Юлия Пересильд — о подготовке к полету в космос и работе на МКС

Playboy
Большие площадки для роста маленьких продавцов Большие площадки для роста маленьких продавцов

Развитие маркетплейсов связано с приходом малого и микробизнеса

Эксперт
Настройка экранного времени Настройка экранного времени

Интервью с телеведущим Азаматом Мусагалиевым

Glamour
Кольцо американской «безопасности» вокруг Китая Кольцо американской «безопасности» вокруг Китая

Новый плацдарм для военных амбиций Вашингтона

Эксперт
Хлеб и говядина: ученые назвали самые вредные продукты в мире Хлеб и говядина: ученые назвали самые вредные продукты в мире

Если ты слышишь словосочетание «вредные продукты», то что представляешь?

Cosmopolitan
Жизнь после апокалипсиса Жизнь после апокалипсиса

Мировые газовые рынки демонстрируют признаки выхода из отраслевого кризиса

Эксперт
Cамка богомола, Декстер и ангарский маньяк: сериалы о самых странных убийцах Cамка богомола, Декстер и ангарский маньяк: сериалы о самых странных убийцах

Сериалы о маньяках и пугают, и завораживают одновременно

Cosmopolitan
Иго: тирания или эффективный менеджмент? Иго: тирания или эффективный менеджмент?

Некоторые исследователи считали иго, несмотря на ужасы, прогрессивным явлением

Дилетант
Шпион, выйди вон! Шпион, выйди вон!

Не проходит и дня, чтобы мы не зашли на страницу бывшего...

Psychologies
Вратарь против империи Пабло Эскобара: как Рене Игита ввязался в междоусобицы двух картелей и пострадал Вратарь против империи Пабло Эскобара: как Рене Игита ввязался в междоусобицы двух картелей и пострадал

Как голкипер Колумбии ввязался в междоусобицах двух наркобаронов

Esquire
Загадка Философского камня: как ученые расшифровали древний рецепт эликсира жизни Загадка Философского камня: как ученые расшифровали древний рецепт эликсира жизни

Один из возможных рецептов Философского камня!

Популярная механика
Операция «Квадратный снег» и другие приключения Бурунова Операция «Квадратный снег» и другие приключения Бурунова

Актер Сергей Бурунов — о драме, мечте стать летчиком и своей карьере

OK!
Мобильные данные Мобильные данные

Сегодня мы заливаем в машину не только топливо, но и гигабайты информации

GQ
Особенности национальной ловли СО2 Особенности национальной ловли СО2

Как произвести матрасы и диваны из углекислого газа

Эксперт
По горизонтали: что предложить сотруднику, кроме повышения По горизонтали: что предложить сотруднику, кроме повышения

Развитие карьеры по горизонтали — что это такое?

Inc.
В приподнятом настроении В приподнятом настроении

Как подтянуть овал лица без пластики?

Лиза
Время старших Время старших

Как мы осознаем сегодня возраст? Рассуждают участницы сообщества Young Old

Домашний Очаг
Важная книга: «Страстоцвет» Ольги Кушлиной Важная книга: «Страстоцвет» Ольги Кушлиной

Рассказываем о переиздании «Страстоцвета» Ольги Кушлиной

Полка
«Музей современной любви» — история любви, рассказанная через перформанс художницы Марины Абрамович. Публикуем фрагмент романа «Музей современной любви» — история любви, рассказанная через перформанс художницы Марины Абрамович. Публикуем фрагмент романа

Отрывок из романа Хизер Роуз, сочетающего современное искусство и психологию

Esquire
Не заметить сложно: 6 очевидных признаков, что у тебя язва желудка Не заметить сложно: 6 очевидных признаков, что у тебя язва желудка

Любая ли боль в животе указывает на язву и как распознать, что это именно она?

Cosmopolitan
Миссия невыполнима: что стало с лицом Тома Круза Миссия невыполнима: что стало с лицом Тома Круза

Том Круз — человек-загадка. Никто и никогда не понимал, сколько ему лет

Cosmopolitan
Клин клином вышибают: когда белковая и углеводная диеты могут работать одинаково Клин клином вышибают: когда белковая и углеводная диеты могут работать одинаково

Решение сесть на диету не означает, что ты отныне обречена терпеть муки голода

Cosmopolitan
Герои всегда идут в обход Герои всегда идут в обход

Истории из жизни «Большой Перемены»: как ребятам помогают педагоги и кураторы?

ПУСК
Как взять солнце и поделить Как взять солнце и поделить

Рынок возобновляемой энергетики в России постепенно развивается

Эксперт
Стажировка у дьявола Стажировка у дьявола

Как мир моды и глянца заслужил свою демоническую славу

Vogue
В отличной норме В отличной норме

Нормальной жизни достоин каждый вне зависимости от диагноза

Harper's Bazaar
Как просить повышения на работе Как просить повышения на работе

Как получить повышение на работе без проблем

GQ
Незнакомцы в нашей постели: ЗППП с неожиданной стороны Незнакомцы в нашей постели: ЗППП с неожиданной стороны

Венерические заболевания — результат беспорядочной половой жизни. Или наоборот?

СНОБ
Оттенки премиального: кроссовер Genesis GV70 Оттенки премиального: кроссовер Genesis GV70

Кроссовер Genesis GV70 коварно заманивает своим богатым внутренним миром

Maxim
Открыть в приложении