Елена Кривошапкина, доцент химико-биологического кластера

Новые способы защиты от инфекций без использования антибиотиков востребованы в области обработки и заживления ран. Дело в том, что повсеместное применение антибиотиков приводит к появлению супербактерий, с которыми очень сложно бороться. В 2020 году Елена Кривошапкина совместно с учеными Университета ИТМО и Университета Торонто создали новый материал — биосовместимый гель, безопасный для клеток человека, но убивающий микробов.       

В состав этого материала входят модифицированные нанокристаллические целлюлоза и желатин, которые соединены посредством химической сшивки. Это позволяет создавать слой, приближенный к внутриклеточному матриксу — в нем развиваются клетки организма. За счет этого слоя гель способствует заживлению ран, создавая благоприятные условия для роста клеток, противостоит размножению бактерий и показывает, когда нужно сменить повязку.

Чтобы убедиться в работоспособности разработанного геля, ученые совместно с группой экспериментальной онкологии и иммунологии ИТМО провели тесты по изучению биосовместимости материала. А антибактериальные свойства геля проверяли микробиологи ИТМО, группой которых руководит Елена Кошель, доцент химико-биологического кластера. Результаты экспериментов доказали эффективность созданного геля.

Подробнее об этой разработке Елена Кривошапкина рассказывает здесь.

Чем сегодня занимается ученая: «Сейчас моя область исследований связана с изучением биополимеров. Это соединения, которые могут иметь несколько уровней организации, обладать уникальными механическими характеристиками и биосовместимостью: например, шелк, целлюлоза. Мы разрабатываем различные способы модификации поверхности, что позволяет создавать новые материалы на основе биополимеров.

Полученные результаты интересны, прежде всего, в направлениях, связанных с регенерацией тканей, контролируемой доставкой лекарств и имплантологией, а также для создания биосовместимых сенсоров, датчиков, гибкой электроники. К примеру, хирургические материалы на основе шелка паука не только соответствуют механическим и функциональным требованиям к применению и не вызывают иммунного ответа, но также, благодаря легкому антибактериальному эффекту, предотвращают образование бактериальных биопленок и уменьшают риск возникновения инфекций».

Алёна Щёлокова, научный сотрудник Нового физтеха    

Для исследования рака молочной железы и постановки пациенткам диагноза действенно использовать магнитно-резонансную томографию (МРТ). Раннее обнаружение опухоли почти гарантирует полное выздоровление. Однако врачи не так часто применяют МРТ для сканирования молочных желез из-за необходимости иметь дополнительное дорогое оборудование, которое не все клиники могут приобрести.

В 2020 году Алёна Щёлокова в составе группы российских ученых предложила новый подход к решению этой проблемы: концепцию направленного возбуждения и приема сигнала через специальный диэлектрический резонатор. Он фокусирует в области молочной железы радиочастотное магнитное поле большой катушки (часть любого клинического аппарата МРТ) для тела. Такое устройство в виде небольшого полого цилиндра из специализированной керамики дешевле, чем принимающая катушка, которую используют сейчас.

Тест на добровольцах показал хороший результат: по качеству изображение, полученное с помощью разработки, было схоже с тем, которое сделали на самом современном ее аналоге, доступном на рынке. Кроме того, новое устройство значительно уменьшает радиочастотную экспозицию, за счет чего исследование становится для пациентки более безопасным.

Какой путь преодолела разработка, что говорят о ней врачи и когда устройство смогут применять в реальной практике — читайте в нашем лонгриде.

Что сейчас происходит с разработкой, рассказывает Алёна Щёлокова: «Мы изменили дизайн и сделали корпус более легким, дешевым и подходящим для использования как в поле 1,5 Тл, так и в 3 Тл. Теперь он состоит из металлических проводов и конденсаторов, выполненных в виде плоскопараллельных пластин на диэлектрической подложке. Также внедрили в устройство способность взаимодействовать не только с одной компонентой поля, но и с другой. За счет этого удалось существенно улучшить разработку с точки зрения повышения эффективности передачи и приема сигнала МРТ. Медики дали нам хорошую обратную по поводу устройства, в том числе указав на некоторые недочеты: плохо видны определенные области, которые интересны для диагностики раковых заболеваний. На основе этого мы внесли еще одну модификацию, расширив область визуализации устройства. Сейчас готовим публикацию о нашей разработке и проводим финальные исследования с добровольцами».

Екатерина Носкова, аспирантка 1-го курса факультета информационных технологий и программирования

В 2021 году Екатерина Носкова стала третьим ученым ИТМО и первой среди девушек университета, чья работа удостоилась гранта от Systems Biology Program, чей экспертный совет ежегодно отбирает пять исследователей до 35 лет. Молодая ученая получила 600 тысяч рублей на разработку программы GADMA (Genetic Algorithm for Demographic Model Analysis) для построения демографической истории популяций.

Сейчас для этого используют два симулятора: dadi и moments. Если пользователь захочет с помощью одного из них построить аллель-частотный спектр (генетические данные, представленные в упрощенном виде) или другие статистики, то ему придется не только разобраться в программе, но и, возможно, столкнуться с неэффективностью алгоритма оптимизации в конкретном случае. GADMA же работает в полуавтоматическом режиме: пользователь лишь выбирает симулятор, загружает данные и получает готовую демографическую историю, а также ее визуализацию и сгенерированный код. Результат выходит более стабильным и реалистичным.

Как проходит работа над GADMA и какими еще исследованиями занимается Екатерина Носкова: «В первый год после получения гранта я планирую заниматься расширением возможностей GADMA, а именно — добавлением новых методов для симуляции данных. До этого программа поддерживала всего два “движка" симуляций — dadi и moments. В сентябре 2021 года мы выпустили новый релиз с третьим — momi, а сейчас я заканчиваю подготовку еще одного — moments-LD. Также за эти полгода занималась проектом о применении байесовской оптимизации для вывода историй эволюции четырех и пяти популяций и представила результаты на Probabilistic Techniques in Analysis: Spaces of Holomorphic Functions и Научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО».

Мария Егорова, студентка 1-го курса факультета наноэлектроники

Будучи еще старшеклассницей, Мария Егорова заинтересовалась методом лазерно-индуцированной микоплазмы (ЛИМП) и стала изучать его в Школе лазерных технологий Университета ИТМО. Затем девушка решила создать свой проект по оптимизации условий обработки стекла методом ЛИМП. На практике это важный аспект для его использования в масштабном производстве микрооптики и микроэлектроники.

В своей работе Мария Егорова исследовала плазменную обработку стекла на мишени из полированного графита и условия фокусировки лазерного пучка и оценивала его влияние на обработку материала. Работа победила на конкурсе ITMO.STARS в прошлом году, за счет чего юная исследовательница поступила в ИТМО и, уже учась на первом курсе, она вместе с научной группой под руководством Максима Сергеева создает массивы микролинз раличными методами, в том числе — ЛИМП.

Чем сейчас занимается первокурсница: «Я набираюсь опыта работы в лаборатории в интересном для меня направлении. Надеюсь, что в скором времени сдам экзамены на владение оборудованием, чтобы как можно быстрее начать работать над личным проектом. Сейчас он находится на стадии обсуждения с научным руководителем, и точную тему хотелось бы пока оставить в секрете. Но она, безусловно, связана с ЛИМП. Я хочу продолжить исследовать физику этого метода, чтобы сделать его более стабильным и распространить применение ЛИМП в науке и производстве».

Ульяна Носкова, студентка 1-го курса научно-образовательного центра инфохимии

В рамках конкурса ITMO.STARS Ульяна Носкова представила исследование иммобилизации ферментов на поверхности кварцевого электрода с помощью метода пьезоэлектрического микровзвешивания. В процессе работы она наслаивала полиэлектролиты на электроды, а затем накладывала на это фермент уриказу и изучала поведение такой сборки. В будущем при хороших результатах ее можно перенести на обычное углеволокно.

Основной целью проекта было создание биосенсоров, которые будут обнаружить различные органические соединения в биологических жидкостях, например мочевую кислоту. На практике это может помочь следить за состоянием пациента и лучше диагностировать болезни: подагру, сахарный диабет.

Как развивается работа над исследованием, комментирует Ульяна Носкова: «Я пробую новые полиэлектролиты, чтобы моя сборка еще лучше иммобилизировалась на электрод. Кроме того, планирую использовать в своих экспериментах не только уриказу, но и другие ферменты».

Подробнее об исследованиях Марии Егоровой и Ульяны Носковой и их планах на будущее мы рассказывали в этом материале.