— Добрый день, Сергей! Расскажите, как к вам пришла идея создания искусственных мышей для замены животных в испытаниях методов лучевой терапии? Как вы пришли к работе именно в этой сфере?
— Здравствуйте, Анна! Моя команда состоит непосредственно из физиков-ядерщиков, а именно специалистов по взаимодействию ионизирующего излучения с веществом. В рамках нашей научной деятельности мы неожиданно для себя вышли именно на медицинскую физику.
Начали разрабатывать элементы, которые формируют поле излучения для облучения опухоли при лучевой терапии. Работали с устройствами, которые позволяют изменить распределение дозы облучения внутри организма при радиотерапии. Причем, эти устройства достаточно стандартные, но мы начали делать их с помощью 3D принтеров.
Звучит совсем просто – напечатал на принтере и сказал: «готово!». На самом деле это сложная научная работа: доказать эффективность, доказать, что наши устройства работают не хуже, чем существующие аналоги. Тогда мы получили хороший опыт по исследованию взаимодействия ионизирующих излучений, применяемых в медицине, как для диагностики, так и для терапии.
Позже у нас возникла идея: с помощью технологии 3D-печати, а именно FDM-технологии, попытаться напечатать фантомы — объекты, которые имитируют организм или части тела живого организма в плане взаимодействия с ионизирующим излучением, а именно в плане поглощения ионизирующего излучения.
Важно было создать материалы с помощью 3D-печати, которые взаимодействуют с фотонным либо электронным излучением ровно так же, как и взаимодействуют живые ткани. Самая простая лабораторная модель для изучения воздействия излучения — аквариум» с дистиллированной водой. Второй простой вариант — набор пластин, которые поглощают излучение так же эффективно, как и вода или так же эффективно, как и биологические ткани.
Наша технология – следующий шаг в развитии методик оценки излучения. Нам нужно было сделать что-то усложненное, научится имитировать органы, имитировать плотность различных тканей, таких как жир, кости и печатать их одновременно. То есть, печатать объект сразу несколькими материалами: создать синтетический объект, который будет эквивалентен живой ткани.
Ну и дальше достаточно быстро пришла идея разработать фантомы лабораторных животных. Доработав методику, у нас получилось создать фантомы грызунов, которые должны применяться при радиологических исследованиях, либо при дозиметрических исследованиях на лабораторных животных.
— Какую проблему решает ваша разработка? Какие цели вы ставили перед собой при разработке «фантомов»?
— Во многих доклинических исследованиях приходится использовать животных, например, специальный вид мышей, лишённых иммунитета. Им подсаживают онкологию, дают опухоли развиться и проводят лечение. Среди этих исследований значительная доля работ связана именно с дозиметрическим измерением.
Смысл лучевой терапии состоит в том, что злокачественные опухоли в большинстве случаев более чувствительны к излучению, чем здоровая нормальная ткань.
Существует много методов, чтобы уменьшить дозы излучений на здоровые ткани. Даже когда тело мыши просто облучают рентгеном при обследовании, это уже сильно влияет на ее здоровье и ход развития этих опухолей, и создает массу проблем. Такие измерения теряют в точности, сложно найти одинаковых мышек с одинаковой дозой, которую они получили в процессе исследования.
Приходится использовать больше животных для точности эксперимента.
Обычная проблема использования лабораторных животных заключается в том, что они не стандартизированы, и разброс полученных данных достаточно большой.
Целью создания наших фантомов была стандартизация, по крайней мере, дозиметрических исследований, чтобы в исследовательских центрах были одинаковые фантомы мышек, которые одинаково взаимодействуют с излучением и на которых можно проводить исследования неограниченное число раз. Наш метод позволяет сделать абсолютно одинаковые наборы мышек-фантомов с полостями под разные виды дозиметров. Также по нашей методике можно сделать фантомы для изучения облучения различных органов и тканей, если установить полости для дозиметров в локальных, необходимых для конкретного исследования местах.
— Как давно вы работаете над созданием «фантомов»? Кто финансирует ваш проект?
— Мы занялись работой с напечатанными объектами для медицинских целей около шести лет назад. Примерно пять лет назад выиграли первый грант и получили первое финансирование. И вот, постепенно, наша работа развивалась.
Около трех лет назад мы занялись фантомами для имитации биологических тканей. На создание человеческого фантома, вы не поверите, до сих пор у нас нет финансирования несмотря на то, что мы уже написали больше пяти заявок.
Зато поддержали нашу идею с животными. Изначально наша идея была просто энтузиазмом, хотя мы подавали несколько заявок на гранты, но безрезультатно.
Мы даже писали совместный грант с немецкой университетской клиникой Гамбург-Эппендорф, известным центром по исследованию в области онкологии. Но обстоятельства сложились так, что заявки не поддержали. И вот только сейчас мы получили поддержку на разработку именно фантомов лабораторных мышей.
— Это уже замечательно! Вы увлечены разработкой, у вас есть финансовая поддержка. Скажите, как ваши коллеги относятся к разработке? Есть те, кто поддерживает вашу работу? Те, кто ставит ее под сомнение?
— Когда мы работали над грантами, на нашу работу писали отзывы разные рецензенты. Помимо этого, мы просто беседовали с коллегами на конференциях, показывали результаты работы, высказывали идеи. Конечно, иногда рецензенты дают отрицательный фидбэк. Ну а что дальше? Мы не падаем духом и продолжаем читать рецензии. Стараемся понять мысль рецензентов, изменяем и дорабатываем свою идею. Очень часто наталкивались на такое мнение коллег: «Нам не жалко животных.
Чтобы спасти жизнь одного человека, можно пожертвовать тысячами мышей».
Но дело не только в жалости к животным, мы добиваемся точности исследований, поэтому такие фантомы необходимы по определению. Человечество развивается, мы должны стремиться к гуманному отношению к живому. Да, мы, конечно, можем, например, ездить на собаках, лошадях просто потому, что можем себе позволить. Если мы можем делать это более эффективно, на каких-то устройствах, которые заменяют лошадиную силу, мы это с удовольствием делаем, так же и с лабораторными животными.
Лучше, чтобы животные были нашими друзьями, а не средством для выполнения наших потребностей. Почему-то, в этих сферах у людей не возникает вопроса: «хорошо ли заменить лошадь автомобилем? А когда речь идет о лабораторных животных, и мы говорим, что наш подход позволит, по крайней мере, одну из областей исследований сделать более точной, более надежной, отказаться от использования лабораторных животных — люди сразу думают: «а что, вам мышей жалко, что ли?». Ну вообще, почему их не должно быть жалко?
Мне кажется, что минимизация использования животных, это разумное направление, и там, где это сделать можно, без ущерба для точности, по крайней мере, и качества исследований, это делать нужно обязательно.
— Я как директор фонда защиты лабораторных животных, абсолютно согласна с вами.
Мне животных жалко было всегда, и я всегда старалась работать с альтернативными методами исследований.
Скажите, из чего состоят ваши модели? В них полностью отсутствуют живые ткани?
— Мы используем только пластиковые полимеры, да, никакой биологических тканей в них нет. С помощью 3D-печати мы делаем объекты, которые имеют разную плотность, и таким образом, при взаимодействии с излучением, мы можем сделать так, чтобы воздействие оказывалось на конкретную ткань фантома – жир, мышцы, кожа.
Для воздействия излучение на кости пришлось придумать отдельный способ. Одна из самых сложных частей нашей работы. Мы искали примеси, которые утяжелят имитацию костной ткани чтобы при взаимодействии с излучением пластик был плотным как кость животного.
— Какие исследования в области лучевой терапии онкозаболеваний проводятся на животных? В каких исследованиях животных можно заменить вашими фантомами?
— Я сразу скажу, что я не очень сильно погружен в область лучевой терапии, но чаще всего в этой области изучают эффективность воздействия различных видов излучения.
Вот простой пример: у меня есть коллеги, которые используют лабораторных мышей для облучения протонными медицинскими пучками. Протоны – это частицы, генерируемые синхротронами, которые являются очень мощными машинами. В России, по-моему, всего три или четыре таких медицинских источника. Исследователи изучают характер взаимодействия с этими пучками. Для них дозиметрические фантомы мышей просто необходимы.
Другой пример, где нужно очень точно измерять дозу, которую получает животное: исследования по разделению дозы на фракции.
Фракционирование дозы может проводиться по-разному, и это существенно влияет на эффективность лечения. Разные виды опухолей по-разному реагируют не только на размер дозы, но и на то, какими порциями и с какой частотой она была поглощена.
Основное исследование в этой области – это изучение воздействия ионизирующего излучения и способов доставки дозы до опухоли. Все эти исследования могут быть проведены качественно только в случае наличия надежной дозиметрии.
При облучении мышей важно точно знать, какая доза ими была получена, и это может зависеть от множества параметров. Наши фантомы предназначены для проведения дозиметрических испытаний и исключения использования мышей в этом процессе.
Не нужно будет делать эксперименты на десятках мышей только для проведения дозиметрии.
Фантомы также могут использоваться для визуализации. Например, в томографах для мышей (да, существуют специальные мышиные томографы).
Это на самом деле целая индустрия. Я посещал различные международные симпозиумы, где помимо самого симпозиума всегда есть выставка ведущих производителей. Самые известные производители зачастую представляют свои версии томографов для мышей.
Представьте себе, сколько мышей нужно для тестирования такого томографа! Наш «фантомчик» в таком случае может заменить очень много животных.
—То есть, на ваших фантомах можно исследовать само излучение, время его воздействия на организм, проникающую способность воздействия?
— Верно. Конечно, если речь идет о лечении животного, изучении биологического эффекта, в таком случае все еще придется проводить опыты на реальном животном. Но когда нам нужно иметь четкое представление о том, какую дозу получит вот эта реальная живая мышь при определенном режиме, геометрии — уже не обязательно использовать настоящих мышей, обвешивать их дозиметрами, можно использовать нашу модель.
Причем наш подход позволяет легко сделать изменения в трехмерной модели: добавить объем, добавить опухоль определенном участке фантома, предусмотреть место для размещение нового дозиметра. То есть мы можем, скажем так, имитировать животных с разными видами опухолей и в разных частях тела.
— А как вы имитируете опухоли?
— В соответствующем месте в модели мы добавляем объем с плотностью соответствующей видовой опухоли.
Одна из новых идей для применения нашей разработки — это создание полостей в фантоме для размещения в них живых клеток реальной опухоли. В нашем университете есть ученые, занимающиеся радиобиологическими клеточными исследованиями, с которыми мы это обсуждаем.
Я думаю, что такой разработкой заинтересуются люди, которые занимаются доклиническими исследованиями.А мы создадим для них инструмент, который позволит развивать альтернативные методы тестирования без участия животных в тестах.
— Как вы считаете, насколько перспективно в РФ развитие альтернативных безживотных методов тестирования лекарственных и косметических средств?
— Все исследователей по всему миру переходят на использование альтернативных методов без участия животных в тестах. Я уверен, что в скором времени у нас всех возникнет обеспокоенность судьбой животных. Важно объяснять людям, что для спасения одной жизни человека не обязательно убивать тысячи животных.
Существуют другие гуманные подходы, которые помогут спасти эту жизнь, а также обеспечить более качественное лечение. Поэтому, в тех случаях, когда лабораторное животное может быть заменено специализированным устройством, это нужно делать, а в случаях, когда такие устройства увеличивают качество результатов, это делать необходимо.
— Сергей Геннадьевич, спасибо что поделились с нами своей историей!
Ваши разработки предоставляют нам новые возможности и перспективы в разработке лекарственных средств и методов терапии.
Мы желаем вам удачи в дальнейшей работе и надеемся на осуществление всех перспектив, которые открываются с помощью ваших трехмерных моделей.
Спасибо за интервью!
