Занимался исследованиями в Европе, стажировался в Америке, а сегодня создаёт биоматериалы в Сириусе. Руководитель направления «Биоматериалы» Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» доктор химических наук Дмитрий Иванов ведёт два крупных научных проекта, на которые уже есть патенты. Вместе со своей командой в Сириусе он разрабатывает повязки из нановолокон и биоразлагаемых полимеров, а также изучает возможность использования их в ортопедических изделиях. Сегодня Дмитрий Иванов передаёт накопленный опыт студентам и аспирантам. Сириус.Журнал поговорил с учёным о том, почему исследователям интересно возвращаться в Россию, что особенного для них есть в Сириусе, а ещё обсудил тренды в разработке умных биоматериалов.
— Дмитрий Анатольевич, у вас колоссальный опыт в области полимерных наук, вы работали как в России, так и за рубежом. Сейчас продолжаете развивать научные проекты и преподаете в Университете «Сириус». Почему выбрали федеральную территорию?
— Длительное время я работал в разных странах, преимущественно в Европе. В Америке я проходил стажировки и отпуска, так называемые саббатикалы. Это такой творческий отпуск, который ученый может проводить в любом центре или университете — своего рода академическая свобода. Очень важно, что за это время мне удалось приобрести знания, которых здесь тогда еще не было или они недостаточно были представлены. Я работал с учениками нобелевских лауреатов, в их подходах к науке ощущался особый дух. Один из моих старших коллег, Ду Юн, был аспирантом Пола Джона Флори. Он утверждал, что в современной науке найти новый научный вопрос гораздо сложнее, чем его решить. Ду оспаривал многие банальные истины. Например, он не был согласен с расхожим убеждением, что большие научные группы эффективны, утверждая, что оптимальный размер научной группы — четыре-пять человек. Мне всегда нравилась такая парадоксальность мышления, когда каждая прописная истина подвергается анализу. Сейчас я стараюсь передать накопленный опыт студентам и аспирантам в нашей стране. Приятно видеть, что у нас есть активные молодые учёные, которые интересуются наукой и могут перенять эти знания. На первой федеральной территории я как раз оказался по этой причине, когда меня пригласили участвовать в строительстве нового Университета. Мне кажется, в жизни редко можно принять участие в создании чего-то нового, да еще такого масштаба. В Сириусе создан университет новой формации. У нас сосредоточены большие творческие силы уникальный парк научного оборудования. Мы работаем рядом с генетиками, палеогнетиками, иммунологами, молекулярными биологами и другими учёными мирового уровня. Это делает эффективным построение междисциплинарных проектов, где профессионалы из разных областей могут работать вместе. Сейчас вообще само возникновение амбициозных замыслов маловероятно без взаимодействия специалистов разного профиля. Это тренд, который развивается не только у нас, но и во всей мировой науке.
— Над чем работаете в Сириусе?
— Мы изучаем и создаем биоматериалы, которые можно применять, в том числе в биомедицине. И природные соединения, и синтетические полимеры могут считаться биоматериалами в зависимости от их применения. Мы работаем и с теми, и с другими. Сейчас у нас выполняется два крупных научных проекта, и на оба уже есть патенты. Один посвящен созданию раневых повязок на основе матриксов из нановолокон и биоразлагаемых полимеров, которые обеспечивают защиту от бактерий, и способствуют быстрому заживлению ткани. Клетки любят закрепляться на таких матриксах, они там естественным образом приживаются, развиваются, передают другим клеткам свои свойства и быстро регенерируют ткань.
Второй проект связан с ортопедическими медицинскими изделиями. Это специальные шурупы для остеосинтеза, винты из биоразлагаемых полимеров с необходимыми добавками, которые будут использоваться хирургами. Хотим сделать полностью отечественное медицинское изделие.
И еще в сотрудничестве с нейробиологами запускаем третий проект, поддержанный грантом федеральной территории. Будем разрабатывать нейроинтерфейс — технологию передачи электрических и химических сигналов, которая позволит восстанавливать двигательную активность у людей, потерявших ее из-за спинальных травм. Хотим применить свои знания в производстве биомиметических материалов и сделать шаг в создании российских устройств, которые в будущем позволят быстро восстановить подвижность тем, кому это необходимо.
— Студентов к научной работе привлекаете?
Да, просто лекций недостаточно. Действительно значимый результат виден, когда начинаешь реально взаимодействовать с ними каждый день. Только личный пример. Лекции никогда не заменят совместной работы в лаборатории, когда мы со студентами и аспирантами анализируем данные, обсуждаем результаты, строим планы дальнейших исследований.
— А как вы сами пришли в науку?
— Моя мама была преподавателем английского языка, а отец — научным работником, работал в Институте Африки Российской академии наук, занимался вопросами экономики и истории. Оба гуманитарии, а мне хотелось чем-то отличаться от них. Родители убедили меня, что точные науки говорят языком цифр, а это были для меня, в первую очередь, математика и физика. Поэтому, когда я стал чуть старше (5 класс), решил поступать в лучшую школу Советского Союза — Московскую физико-математическую школу № 2. Мне повезло со школьными учителями. Именно они определяют будущий профиль и профессию, вдохновляют или, наоборот, демотивируют. У меня были потрясающие преподаватели. В первую очередь, физик — Рудольф Карлович Бега. Выдающийся педагог, который посвятил жизнь преподаванию, про него написано много книг. Удивительный человек, который прививал нам вкус к физике: уводил от банальщины и показывал на конкретных примерах парадоксальность научного мышления. Я был поражен этим образом мысли, когда одни и те же понятия в физике и в жизни означают совсем разные вещи. Например, ускорение в физике на практике может означать торможение. Такие вещи меня шокировали, и я все больше проникался мыслью о том, что наука должна стать моей профессией. Благодаря своему учителю, я поступил в МФТИ, хотя жил ближе к МГУ. Не так давно приезжал в родную школу с лекцией, и испытал очень насыщенные чувства. В ней также в свое время учились и другие учёные Университета «Сириус», в том числе Сергей Недоспасов и Максим Никитин.
— Как вам современные школьники?
—Каждое лето в Университет «Сириус» приезжают талантливые ребята со всей страны на научно-технологический проект «Большие вызовы», я там руковожу направлением «Новые материалы». Мы работаем с ними почти месяц. Потрясающие ребята: активные, любознательные, интересуются разными научными вопросами, пытаются получить от тебя максимальные знания. Это вдохновляет! В Сириусе встречи с такими необычными школьниками, можно сказать, стали привычными.
А когда приехал в свою школу, испытал те же самые чувства. Мне даже сказали, что лекция была для учеников слишком простой. Оказалось, не надо было их жалеть. Ко мне подошел один из школьников и показал оптический трафарет, который создавал интерференционную картинку — когда в нее светишь лазерной указкой, возникала эмблема «Второй школы». Он ее сам запрограммировал и сделал микрогравировку. Я был поражен, насколько этот дух творчества сохранился в моей родной школе по сей день. Мне, например, в институте тоже с этим очень повезло.
— Какие сейчас нерешённые проблемы в вашей области науки? Над чем бьются коллеги?
— История науки движется от изучения простых материалов, вроде сплавов и металлов, к более сложным системам, связанным с «мягкой материей» (soft matter). Они гораздо сложнее, и приближают нас к миру живого. Благодаря их сложности возникают многоуровневые взаимодействия на разных пространственных шкалах, поэтому такие новые материалы называют «умными» — они могут очень сильно реагировать на иногда очень слабые изменения внешней среды (например, температуры) и менять свою структуру и свойства.
Такую технологию мы используем для создания жидких имплантов. Вместо того чтобы сразу создавать сложную трехмерную форму изделия, можно инъецировать в тело пациента специальный раствор — жидкую заготовку импланта, который естественным образом примет нужную форму. А когда температура раствора достигнет температуры тела, произойдет структурная перестройка, которая превратит его в твердое тело или гель. При этом такие материалы обладают точно такими же механическими характеристиками, как окружающие ткани организма. Это важно, потому что когда человек двигается, импланты деформируются вместе с тканями организма, и при несоответствии механических свойств это может привести к тяжелым последствиям. С умными имплантами таких рисков нет.
Будущее медицины за индивидуализированными биоматериалами, которые будут учитывать физиологические особенности каждого пациента. Однако мы все еще далеки от создания искусственных тканей, аналогичных биологическим. Таких, как кожа, которая выполняет множество функций — от защитной до сенсорной. И хотя технологии движутся к созданию материалов с похожими свойствами, мы все еще очень далеки от точного воспроизведения такого богатого функционала.
В природе функционал тканей часто выражается с помощью различных свойств, механических и оптических, — не зря она потратила миллионы лет на эволюционное создание таких материалов. Например, посредством изменения цвета кожи хамелеоны не только мимикрируют, но и передают важные сигналы сородичам. В наших исследованиях мы как раз пытаемся придать материалам сразу целый комплекс «умных» свойств. Например, они имеют адаптивные механические и оптические свойства, то есть тоже меняют цвет в зависимости от механической деформации. Очевидно, что в окружающем живом мире еще очень много такого, что мы пока не можем воспроизвести, но, безусловно, это почти всегда вдохновляющий пример для ученых. Важно, чтобы у исследователя всегда был вызов и понимание, к чему в подражании природе можно стремиться или даже как ее можно превзойти.
Автор: Александра Васильева