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 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 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.
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.
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.
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
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
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».
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.
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
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.
«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.
Недавно я взял интервью у одного замечательного человека и решил поделиться с вами. Сегодня наш герой — Юсеф Хесуани, управляющий партнер «3Д Биопринтинг Солюшенс».
Неприметное 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 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.