Молодой ученый-биофизик Юрий Ефремов в проекте «Университет возможностей» о том, как исследования на стыке биологии, физики, медицины и инженерии помогут победить рак и сердечно-сосудистые заболевания, разработать методы регенерации тканей.

Юрий Михайлович Ефремов

Ведущий научный сотрудник отдела современных биоматериалов Института регенеративной медицины (ИРМ) НТПБ, биофизик, кандидат наук. Тема диссертации – «Изучение механических свойств клеток и структуры цитоскелета методами атомно-силовой микроскопии». Выпускник биофака МГУ им. М.В. Ломоносова.

В 2015–2018 годах – исследователь в School of Mechanical Engineering Purdue University (Уэст-Лафейетт, США). Сфера научных интересов Биофизика и биомеханика клетки, механобиология. Клеточная и молекулярная биология, цитоскелет. Регенеративная медицина. Роль механических свойств и взаимодействий в клеточной физиологии. Механические модели клеток и тканей. Клетки на мягких субстратах, симулирующих нативное окружение. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) для визуализации и исследования механических свойств биологических объектов. Флуоресцентная, конфокальная и электронная микроскопии; математический анализ изображений. Конечно-элементное компьютерное моделирование для механобиологии. Использование языков программирования MATLAB и Python для расширенной обработки биомеханических данных.

– Юрий Михайлович, ваша научная работа – это сбывшаяся мечта, сознанный выбор или стечение обстоятельств?

– В моем случае это больше стечение обстоятельств. До поступления в университет я не думал, что буду заниматься наукой. Хотел быть программистом, летчиком или военным, но успехи на школьных олимпиадах подвигли меня к поступлению в МГУ им. М.В. Ломоносова. Поступил на биофак: меня интересовали и физика, и биология, но больше везло в олимпиадах по биологии, поэтому моим основным выбором стала биология.

Атмосфера на факультете располагала к занятиям наукой – постоянные практикумы, курсовые работы, междисциплинарные курсы, исследования на стыке биологии и физики. Мне повезло: я попал в лабораторию атомно-силовой микроскопии (кафедра биоинженерии) в научную группу под руководством молодого ученого-физика Дмитрия Владимировича Багрова. По сути, группа работала над применением физических методов для описания живых систем – именно над тем, что больше всего меня интересовало. Работа в группе стала основой для моих дальнейших исследований, поступления в аспирантуру, научных работ.

Первые научные работы, в том числе опубликованные в авторитетных международных журналах, появились уже на этапе аспирантуры. Мои работы заинтересовали, в том числе и зарубежных коллег. После аспирантуры я несколько лет работал постдоком на инженерно-механическом факультете Университета Пердью (США, School of Mechanical Engineering, Purdue University). Это был интересный опыт. Инженерный подход основан на том, чтобы улучшить существующие методы исследований и модели биологических объектов и изобрести новые, которые точнее описывают образцы и в то же время удобнее в применении для пользователей (потенциально – врачей в клиниках).

– Чем привлекательна работа в Сеченовском университете?

– Я успел поработать среди биологов, физиков и инженеров. А сейчас пришло время поработать среди медиков и найти практическое применение для моих исследований. Когда передо мной встал вопрос о том, вернуться в Россию или продолжить работу в американских университетах, я узнал от друзей об открытии лаборатории атомно-силовой микроскопии в Институте регенеративной медицины Сеченовского университета. Это определило мой выбор. Здесь уникальная междисциплинарная научная среда и достойное оборудование мирового уровня. Все люди вокруг настроены на результат, есть возможности для работы над интересными проектами, как прикладными, так и фундаментальными.

– Над чем вы здесь работаете?

– Тема моей работы – исследования в области биомеханики (механобиологии). Это исследование механических свойств различных биологических объектов. При этом мы работаем с объектами на уровне отдельных клеток или тканей человека и животных.

– Биомеханика и медицина – что их объединяет?

– Механические свойства клеток меняются при возникновении различных заболеваний. Цитоскелет клетки, если использовать аналогию с человеком, – это ее опорно-двигательный аппарат. Как у человека могут быть проблемы с опорно-двигательным аппаратом, так и у клеток при различных патологиях нарушается строение цитоскелета, что проявляется в изменении их механических свойств. Например, такие изменения обнаруживаются при сердечно-сосудистых заболеваниях, мышечных дистрофиях, онкологических заболеваниях. Глобальная цель – изучить эти изменения механических свойств и понять, как мы можем влиять на них для лечения болезней человека.

Кроме того, в регенеративной медицине при использовании различных имплантов или при создании искусственных органов важно учитывать механические свойства создаваемых конструкций. Необходимо подобрать их таким образом, чтобы они соответствовали механическим свойствам нативных тканей, которые встречаются у человека, – такой подход обеспечивает наилучшие приживаемость и заживление. В этом случае мы исследуем свойства не самих клеток, а их микро- и макроокружения.

– Это универсальный подход или вы создаете регенеративные технологии и конструкции, которые будут подстраиваться под конкретного пациента?

– Возможны оба варианта. Сейчас мы в начале исследовательского пути и нам хотелось бы найти универсальные методы для применения в регенеративной медицине. Но может оказаться, что потребуется персонализированный подход, подбор механических свойств импланта под конкретного пациента на основе свойств его собственных тканей.

– В своей работе вы взаимодействуете с врачами Клинического центра университета?

– Да, мы вместе работаем над многими проблемами, сотрудничаем с врачами кафедры глазных болезней, кафедры болезней уха, горла и носа и других. Кроме этого, мы поддерживаем межуниверситетское сотрудничество, например, с МГУ.

– У вас довольно много научных публикаций, где вы первый автор. Есть алгоритм создания статей?

– Универсального алгоритма нет. Часть статей – продукт изначально продуманного плана, другие рождаются абсолютно случайно, как побочный продукт других глобальных исследований. Быть первым автором обычно означает иметь наибольший вклад в создание статьи на всех этапах, особенно на ее финальном оформлении и доведении до публикации.

А также обеспечивать взаимодействие между всеми соавторами, часто людьми очень разных специальностей. Иногда бывает сложно, но в целом это очень интересная работа.

– Как строить коммуникации с коллегами?

– Главное правило – уделять время планированию экспериментов перед их проведением. Адекватное планирование помогает избежать ошибок и потери времени. Важны также личные встречи, переписка по электронной почте, наличие плана работы, который мог бы видеть каждый участник проекта в открытом доступе.

– Протокол, план – это ценно – «поверить алгеброй гармонию»?

– Да, по крайней мере, на начальных этапах научно-исследовательской работы. Рациональный подход в науке необходим.

– Пенициллин был открыт бактериологом Александром Флемингом случайно. В вашей работе есть место случайностям?

– Определенно есть. Но подобные случайности чаще приходят к подготовленным людям.

– Точность и еще раз точность – вы всегда точно следуете плану?

– Да, но в разумных пределах. Должен быть баланс между приверженностью к одной гипотезе и открытостью к другим идеям. Бывает, что изначальная идея неверна, но отталкиваясь от нее можно прийти к другим очень важным идеям. Всегда надо сохранять приверженность и заинтересованность в своей работе и в то же время искать новые пути, несмотря на то, что бывают и неудачи.

– «Преграда на пути – лишь камень, чтоб на нем точить и править силы» – это так?

– Да. Согласен. Это звучит вполне как кредо ученых.

– Что радует и вдохновляет вне профессиональной деятельности?

– Моя детская мечта стать пилотом реализовалась: во время моей работы в США я прошел курс обучения и получил лицензию пилота. Теперь могу летать на легких одномоторных самолетах.

– Если не наука, то что могло бы стать вашей профессией сегодня?

– Информационные технологии, программирование – это мне близко и уже сейчас помогает в научной работе. Но я хочу остаться в науке, пробовать себя в разных типах исследований, преподавании.

Записала Наталья Литвинова,

опубликовано в газете «Сеченовские вести»,

апрель 2019 года