Вони досліджують клітинні культури й кінетику хімічних реакцій, їздять на конференції на край світу — та завжди повертаються додому, пишуть дисертації й відновлюють лабораторії після російських обстрілів. Які вони — харківські науковиці, та в чому знаходять для себе натхнення? Читайте три історії за проєктом «Науковиці» від INSCIENCE.
Ксенія Мінакова: про наноструктури, політех і любов до математики
Я — професорка кафедри мікро- та наноелектроніки харківського Політеху. При кафедрі я керую маленькою лабораторією оптики та фотоніки. Ми з командою створили її з нуля за грантові кошти. Якраз перед повномасштабним вторгненням доробили ремонт. Але сталося, що сталося: росіяни її зруйнували С-300. Фото, як я розбираю завали лаби, облетіли чи не весь світ. Зараз працюємо над відновленням і потихеньку повертаємося до роботи.
Робити розрахунки мені подобалося, скільки себе пам’ятаю. У дитинстві я постійно була в ролі вчительки математики. Потім школа, олімпіади, з’явилася фізика, хімія — і понеслося. Пам’ятаю, як у школі почали вивчати ядерну фізику. У нас була неймовірна вчителька. Вона вперше пояснила, як будується періодична система хімічних елементів з погляду фізики: електрони, ядро, всі взаємозв’язки. Мене просто затягло з головою!
Так, ще не закінчивши школу, я опинилася на співбесіді в університеті імені В. Н. Каразіна. Цікаво, що там не питали формули: оцінювали розуміння фізики, як це працює, на кшталт «чому та яким чином цвяшок на нитці обертається».
Отож, я вступила на фізтех, а це — родина. Там відчувалась неймовірна підтримка, всі один за одного горою. Так, ми вчились не в центрі, доводилось їздити щоранку на П’ятихатки, але поруч працювали справжні науковці, бо там були всі лабораторії. І така присутність, взаємодія та обмін досвідом уже з перших курсів — це було дуже цінно.
Моя перша дисертація присвячена графеновим наноструктурам. У 2010 році саме першовідкривачі графену отримали Нобелівську премію — це вагоме відкриття змінило усталені погляди. Скотчем від олівця вдалося відокремити одноатомний шар вуглецю. Такі наноструктури існують лише за низьких температур.
Моєю задачею було дослідити стійкість нанотрубок, звукові й термічні характеристики при кімнатній температурі за різних конфігурацій. Це таке цікаве явище: від того, як ти складеш нанотрубку, залежать її властивості. Вона може бути або напівпровідником, або металом. В Україні поки немає технічної бази, щоби підтвердити мої теоретичні розрахунки, але я знаю, що такі експерименти роблять колеги у всьому світі.
Наступна моя дисертація більш практична, вона стосується розробки модульних систем енергогенерації. От є сонячні панелі майже чорні, які притягують багато сонця. І це круто, але є й проблема: нагрівання влітку до великих температур. Тобто є потреба якось відводити тепло.
І ось ми розробляємо конструкцію, коли на задню поверхню сонячних елементів закріплюються мідні трубки, якими біжить холодна вода. Що ми отримуємо? У тебе водночас працює система генерації енергії, і є тепла водичка вдома.
Звучить просто, але насправді є багато нюансів, які я розраховую: як розташувати трубки, якою має бути їхня товщина, з якою швидкістю насос має ганяти воду тощо. Це дуже зручно: можна монтувати на дах вдома, а для військових це можливість мати водночас теплу воду в польових умовах і живлення, щоби зарядити необхідні пристрої.
Зараз я викладаю студентам і працюю з командою, яка розробляє плівкові сонячні елементи. Я рахую, хлопці збирають і досліджують експериментально. Інколи я теж лізу на дах і монтую. Адже це цікаво: бачити, як воно працює, ніби помацати результат своїх розрахунків.
Ми вивчаємо властивості цих гнучких структур, їхню стійкість і підвищення коефіцієнту корисної дії, тобто ефективності: скільки Сонце нам буде віддавати. Ще ми їх досліджуємо і як захист від електромагнітного випромінювання, зокрема це може бути помічним для наших військових. Умовно, ці плівкові елементи беруть на себе удар і «помирають», а важливе електронне обладнання працює.
Плівкові сонячні елементи — це сучасна альтернатива класичним кремнієвим, які громіздкі, крихкі, мають невисоку ефективність і складнощі з утилізацією. Зараз у світі ведуться розробки за допомогою вакуумних технологій. У Японії, наприклад, створили сонячні мати, які розкатуються. Умовно, можна таку плівку закріпити на кишеню куртки, під’єднати контакти: ідеш, сонечко світить, телефон у кишені заряджається. І вже ефективність значно краща. Поки це лабораторні дослідження, бо треба зрозуміти, як впровадити їх у виробництво, і на це може піти років 10–15.
Мені з дитинства на всі свята батьки дарували енциклопедії: астрономія, техніка, фізика, всесвітня історія, природничі науки. У мене в бібліотеці був товстезний формуляр, і я перечитала все, що могла. Загалом у мене було все, що цікавило: мови, плавання, волейбол. Батьки мої — медики, тато має ступінь кандидата наук, але для нього це був важкий шлях. Я ж змалечку знала, що буду науковицею.
Думаю, в мене виходить популяризувати науку. Торік я займалася з ученицею з Південноукраїнська: паяли разом, я їй надсилала зразки, друкувала елементи на 3D-принтері. І от вона вступила до Київського політеху. Звісно, хочеться, щоб обирали мою спеціальність і університет, та насправді головне, що дівчинка пішла в науку. Плюс один у команді! Нехай одна дівчинка за рік, але вона обрала цей шлях. Я щаслива.
Коли війна закінчиться, нам потрібні будуть люди для відбудови: науковці, інженери, теоретики, бо жодна практична розробка неможлива без якісної теоретичної бази. У нас неймовірні вчені, які багато чого вміють і знають, як і з чим працювати. Проте в нас практично немає свого виробництва, а те, що залишилось — знищують росіяни. Тому Україну я бачу в майбутньому як майданчик для потужних інвестицій.
Я багато подорожую на наукові конференції, саміти, викладаю студентам у різних країнах. Була у французькому Греноблі: гори, річка, 150 тисяч населення. Здавалося б, невеличке містечко, а там — найкращі рисерч центри з мікро- та наноелектроніки. Я вірю, що в нас таке теж може бути. І ми працюватимемо, щоб так і сталося.
Зараз у Харкові, звісно, важко займатися наукою. Ти ставиш щось на 3D-друк, а тут приліт — світло вимикається, пластик охолоджується миттєво, і все потрібно починати заново. Ми відчуваємо підтримку всього світу. Маємо багато партнерів з-за кордону: усі готові допомагати, давати класне обладнання, але тільки не в Харків. Я розумію: ставити унікальне коштовне обладнання там, де щомиті може прилетіти, як от було з моєю лабораторією, не виправдано. Тож шукаємо партнерські заклади, де можна робити експерименти. Із Ужгородським університетом працюємо, наприклад.
Ще кілька років тому я, можливо, сказала б, що мрію про Нобеля. А зараз я просто хочу займатися наукою: копирсатися з обладнанням, щось вимірювати, рахувати, не думаючи, що треба кудись бігти й щось вирішувати. Я просто хочу бути науковицею — так, як уявляла в дитинстві.
Хочеться, щоби молодь більше цікавилась і залишалась у науці. У нас на дві кафедри — сім наукових проєктів. Тобто є необхідне обладнання, підтримка, матеріали. Коли почалася велика війна, мене запрошували в свої команди пів світу. Але я вирішила, що зараз моє місце тут. Працюватиму тут на зміни, і маю надію, що все вдасться.
А дівчатам, небайдужим до науки, я раджу прислухатися до себе й не орієнтуватися ні на кого, лише на власну думку. Якщо щось подобається, треба поринути й дослідити, чи дійсно воно твоє. Зараз світ відкритий, як ніколи: можна поспілкуватися з науковцями, походити по кафедрах, порозпитувати, хто чим займається, знайти ментора чи менторку, хто покаже тобі шлях — яким він є насправді. І бути готовими, що це нелегко, але неймовірно цікаво! Адже наука — це про натхнення. Щоб кожен день був різний, треба обрати те, що подобається, і до того прагнути.
Наталя Труфанова: про майбутнє клітинної терапії та кріобіологію
Наше століття називають століттям біології. Від біології наче весь світ очікує, коли ж уже наступить той прорив! Коли вже будуть тканинно-інженерні структури, щоб замінювати органи, надрукувати собі зуб або якусь пошкоджену тканину. Насправді такі очікування теж надихають вчених, бо ти відчуваєш загальний інтерес і розумієш, що для регенеративної медицини це дійсно важливо.
Я — старша дослідниця відділу кріобіохімії в Інституті проблем кріобіології та кріомедицини Національної академії наук України в Харкові. Ми працюємо з мезенхімальними стовбуровими клітинами: досліджуємо їхні властивості за різних умов, оцінюємо життєздатність, особливості обміну речовин. Це дає змогу шукати й поліпшувати підходи в розробці кріотехнологій — способів заморожування клітин, за яких вони зберігають функціонал, і їх можна використовувати в медицині, наприклад.
Чому саме ці клітини? Це попередники багатьох клітин організму. Вони приваблюють вчених потенціалом для медицини, зокрема для клітинної терапії. Існує багато клінічних випробувань щодо застосування донорських стовбурових клітин. Деякі відсіюються, бо є безліч змінних: стан клітин, вік донора, зовнішні умови тощо. Мезенхімальні клітини не надто видимі для імунної системи, не привертають «зайвої» уваги.
Ми знаємо, які проблеми існують при трансплантації органів. Люди, які отримали органи від донора, все життя мають приймати препарати, бо інакше імунна система атакує і просто зруйнує цей орган. А мезенхімальні стовбурові клітини не викликають такої реакції при клітинній терапії. Звісно, певну кількість імунна система може зруйнувати, тож їх вводять у великих кількостях: мільйони на кілограм ваги людини.
Зазирнути в світ клітин і поспостерігати — дуже цікаво. І приємно, коли розумієш, що створив таке середовище, де вони можуть реалізувати природні властивості, застосувати здібності, які в них закладені. Я вважаю: як у клітин, на кожного з нас дуже впливає середовище, де ми зростаємо. Мені пощастило зі шкільною вчителькою біології та друзями. У десять років ми захоплювалися Джой Адамсон, яка написала про левицю Ельсу. Мріяли, як поїдемо в Африку і працюватимемо в Національному парку.
Коли прийшов час обирати, куди вступати, я пригадала дитячу мрію, пішла на біохімію, а згодом в Інститут кріобіології. Взагалі науково-дослідні інститути мають свою атмосферу, певне коло спілкування. І мені захотілося стати активною частинкою цього дійства. Так я вступила на аспірантуру. Я обожнюю біохімію. Багато біологічних наук описують процес, а біохімія чи не єдина пояснює, чому відбувається саме так. Для мене це важливо. Нехай це складно, але я отримую кайф, коли розумію, як працює цей механізм у клітині чи організмі.
Клітина — складна і вразлива система. Якщо аспірин, наприклад, має сталу хімічну формулу, він однаковий за будь-яких умов, то з клітинами донорів все складніше, їх важко стандартизувати. На них може будь-що вплинути: стиль життя, вік, те, що людина приймала напередодні якісь ліки. Є генетика, а є епігенетика, коли фактори навколишнього середовища можуть впливати на зміни спадкового матеріалу: додаються хімічні мітки, які певним генам дозволяють краще працювати чи блокують їх.
Довкола використання донорських клітин ще багато питань. Це викликає і захоплення клітиними терапіями, і певний скепсис. Мені все ж здається, що за ними — майбутнє.
Окремий напрям, над яким я зараз працюю, — властивості тканинно-інженерних конструкцій. Перші тривимірні структури ми створили ще на початку 2000-х — альгінатні мікросфери. Нині бачимо, що клітини в них можна зберігати за кімнатної температури. У двомірній культурі, якщо клітини прикріплені до пластику, вони таке зберігання довго не витримують, не вистачає енергії. А в різних 3D-конструкціях, навіть у пористих структурах, вони можуть прожити сім діб і залишаються життєздатними.
Це дуже цікаво: знаходити розбіжності між тим, як клітина існує в двомірному світі — і у штучно створеному тривимірному просторі, де вона відчуває себе більш фізіологічно, ближче до природного стану. Ефективність застосування 3D-конструкцій із клітинами для відновлення пошкоджених тканин ми досліджуємо на тваринних моделях.
Законодавство трошки стримує, хоча є бажання допомагати насамперед нашим військовим. Ми знаємо, що ці клітини мають великий потенціал. Мені здається, це потужний інструмент, аби поліпшувати загоювання ран, можливо, навіть допомогти не втратити кінцівку. Але мають бути відповідні дозволи, які ще навіть не прописані в законодавстві. Тобто це не заборонено, але й не дозволено: така собі сіра зона.
У світі є дві великі щорічні конференції для спільноти кріобіологів: CRYO та SLTB. Українців дуже підтримують, ми маємо можливість безкоштовно брати участь онлайн, ділитися напрацюваннями, почути, що відбувається у світі кріобіології. Попри війну, це дозволяє нам бути в мейнстрімі.
Існують усталені протоколи заморожування стовбурових клітин. Проте є певні виклики, які мотивують шукати альтернативи. Одна з них — вітрифікація. Простими словами, це спосіб охолодження системи, коли молекули застигають невпорядковано, ніби у склі.
Цей напрям дуже молодий. Майже вся конференція CRYO24 була присвячена темі вітрифікації. Це дає надію, що можна заморожувати тривимірні тканинно-інженерні конструкції, створювати їх банки, консервувати тканини й органи: наприклад, суглоби для лікування остеоартриту. Наразі є приклад успішного вітрифікування нирки щура в групі Джона Бішофа. Також ведуться роботи з вітрифікацією судин і створення банків для судинної хірургії.
У тему вітрифікації я потрапила випадково. На першому курсі аспірантури ми з колегою намагалися відтворити протокол вітрифікації. Перша спроба — і абсолютно невдала! Ми отримали показник життєздатності клітин 12%, а до заморожування мали 95%. Колега не став продовжувати, а мене це так зачепило! Я почала пробувати, шукати різні протоколи, із секундоміром сиділа, бо важлива навіть доля секунди, щоб усе вийшло. І нарешті — досягла хороших результатів. Так невдача перевела стрілки годинника моєї дисертації на вітрифікацію. Це була моя маленька перемога.
Декому моя робота може здатися рутиною, але це зовсім не так. Щодня треба щось нове прораховувати, придумувати. День починається з перевірки, як там почуваються мої клітини: кого треба пересадити, кого підживити, щоб росли краще, кого можна брати на конструкції тощо. Навіть буденні речі, прибирання й кварцування боксу (спеціального стерильного приміщення для роботи з клітинами) мені в задоволення, бо я знаю, як важливо все максимально якісно зробити, щоби клітини почувалися добре.
Якщо людина від науки кайфує, вона буде шукати спосіб реалізуватися. Важливо, аби була гарна команда. Мені дуже пощастило: у нас в інституті є фізики, фахівці, які займаються математичним моделюванням, біологи, медики. Доволі різнопланова спільнота, яка підтримує.
За кілька місяців після вторгнення ми вирішили, що продовжимо працювати над проєктом, який запланували. На щастя, наша будівля ціла. Був приліт неподалік, трішки деформувало вікна, відпала частина стелі. Але ми зробили ремонт, запустили бокс і повернулися до роботи. Мабуть, ми всі зараз так живемо, намагаємося максимально ефективно працювати. Розумієш: сьогодні є день, а що буде завтра — ти не знаєш.
Вторгнення стало поштовхом більше презентувати себе міжнародній спільноті. Нагадувати світу, що ми, українські вчені, є, що ми продовжуємо працювати і боротися. Раніше ми обережніше ставилися до своїх результатів: відкладали, щось додумували. А тепер бачу, коли є гарні результати та ідеї — треба активно їх показувати, не зволікати, більше вірити в себе.
Що надихає — коли отримуєш задоволення від того, що ти робиш відкриття, отримуєш якусь інформацію про навколишній світ. Причому це еквівалентне задоволення: і коли я сама роблю відкриття, і коли я дізнаюсь щось цікаве зі своєї сфери, або розумію, що людина побачила те саме, що і я. Це круто!
У 2022 році я подала на конференцію CRYO роботу, де описала спроби вітрифікувати пористі структури, показувала, що ми вже зробили, а що не вдалося. Ведучими секції були Грег Фехі — батько сучасної вітрифікації, і провідна фахівчиня Лілія Кулішова. Це був для мене хвилюючий момент. Я розуміла, що найкрутіші кріобіологи на планеті будуть слухати мою доповідь. І коли вони сказали, що наша робота дуже хороша, структурована й піднімає гарні питання, було дуже цінним це чути.
Мене надихають українські вчені, які залишаються працювати в Україні з надією і розумінням, що без науки ніяка держава не може існувати, хоча бонуси від неї не надто очевидні. Всім, кого захоплює наука, я раджу не соромитися виходити на контакт із науковцями. Вчені молоді душею, вони ніби діти в дорослому тілі, які всім цікавляться. Тож не варто боятись стукатися зі своїми ідеями. А ще дуже важливо знайти команду, в якій буде комфортно працювати. Бо наука — це творчість, і для неї мають бути умови.
Дар’я Харченко: від головоломок — до фізичної хімії
У дитинстві я вирішила, що маю стати лікаркою. Так «Доктор Хаус», мабуть, вплинув. Хоча мені більше подобався оцей вайб вирішення головоломок, ніж власне медицина. Щоби вступити на медичний, я пішла до репетиторки з хімії — і зрозуміла, наскільки це цікава наука! Мене захопила університетська атмосфера: кафедри, лабораторії, середовище спілкування. Тоді я вирішила: лікувати людей — це не розв’язувати головоломки, а от у науці можна спробувати. І вступила на хімічний факультет.
Наразі я аспірантка кафедри фізичної хімії Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна, досліджую кінетику лужного гідролізу діацетилфлуоресцеїнових похідних в організованих розчинах. Звучить страшно й прикольно! Я вивчаю, як проходить реакція: наскільки вона швидко відбувається, який її механізм, як одні молекулки перетворюються на інші. Насправді нічого страшного.
Додаючи луг, я спостерігаю, як розчин забарвлюється, і роблю вимірювання на спектрофотометрі через проміжки часу. Це працює так: крізь розчин проходить промінь певної довжини хвилі. Ми знаємо його інтенсивність на вході та вимірюємо, що змінилось на виході, відповідно до концентрації розчину, яка і визначає, наскільки він є забарвленим. Реакція може йти дуже швидко, десь 30 секунд, а може тривати годинами. Наприкінці ми отримуємо різні спектри та на їхній основі розраховуємо константу швидкості реакції.
Моя робота пов’язана з організованими розчинами, як-от міцелярними. Хто робить макіяж, знайомий із явищем, як добре міцелярна вода очищає шкіру. Насправді такі розчини використовують скрізь, у мийних засобах для посуду та шампунях зокрема.
Їхня особливість полягає в наявності міцел, агрегатів різних молекул. От є амфіфільна молекула — у неї, можна сказати, роздвоєння особистості. З одного боку вона має заряд, а заряджені частинки добре розчиняються у воді. А з іншого — довгий вуглеводневий ланцюг, який класно розчиняється в жирах. Потрапляючи в воду, такі молекули організовуються в агрегати, де заряджені частинки контактують із водою, а довгі вуглеводневі склеюються, щоби з водою не мати справу. Всередині таких міцел і розчиняються жири та різний бруд.
Я досліджую, як організовані розчини впливають на швидкість реакції: пришвидшують, сповільнюють, а можуть взагалі змінювати її механізм. Це такі модельні системи. Якщо ми зрозуміємо, як це працює тут, ми зможемо це перекладати на більш складні системи — біологічні. Наприклад, краще зрозуміти явище ферментативного каталізу, коли за наявності фермента реакція відбувається в секунди, а без нього — може тривати днями. Або досліджувати, яку роль грають фосфоліпіди в доставці лікарських засобів в різні частини організму.
Якщо говорити про практичну складову, це можна використовувати для створення розчинів, де швидко розкладатиметься пластик, наприклад. Або таких нанореакторів, в яких можна буде пришвидшити синтез фармацевтичних препаратів.
У роботі мені найбільше подобається саме частина про обробку даних, пошук взаємозв’язків. Поступово в голові наче складається пазл. Мабуть, тому мені й цікава саме фізична хімія, де я маю справу з приладами й розрахунками більше, ніж із пробірками. Органічна хімія, коли у них там щось кипить, колотиться, як у алхіміків, — це зовсім не моя атмосфера.
Мені складно із зовнішньою мотивацію: щось або цікавить, або ні. Часом це дуже допомагає включитись, іноді — навпаки, гальмує, коли швидко перегораєш. Мене надихає відчуття, що я щось прикольне досліджую. Особливо коли отримую неочікувані результати.
Пригадую, коли починала працювати з каліксаренами (хімічні структури у формі чаші), сталася цікава ситуація. Зазвичай усі реакції, які ми досліджуємо, проходять у лужному середовищі. Тобто я маю додати в розчин луг, аби щось відбулось. І от уже в процесі готування розчин каліксаренів почав жовтіти та зеленіти, хоча лугу там ще не було.
Спочатку ми з науковою керівницею подумали: щось пішло не так, десь відбулося забруднення. Але виявилось, що каліксарени так пришвидшують процес, що для них не підходить наш стандартний підхід. Напевно, через свою специфічну будову. Нам довелось адаптувати протоколи, розробляти нові підходи, щоб проводити якісні вимірювання в рази швидше. Це було дуже несподівано й цікаво.
Зараз мені найбільше не вистачає офлайн подій в Україні. Це прикольний досвід, коли можеш і своїми результатами поділитися, і послухати доповіді інших. А найбільш цінно — особисто поспілкуватися з людьми з твоєї сфери, обміркувати разом цікаві питання. Набувають поширення міжгалузеві дослідження, коли біологи об’єднуються з хіміками чи фізиками. Насправді дуже хочеться побудувати в Україні такий коннект між ученими.
За часи навчання я познайомилася з такою кількістю неймовірних крутих науковиць! І кожна надихає по-своєму: ти бачиш, наскільки по-різному можна рухатись у науковому напрямку та долучатися в інші проєкти, наприклад, у науково-популярні. Чи взагалі писати книжки, викладати, їздити на різні конференції, стажування. Це все дуже вау! Якщо тобі подобається наука, є багато варіантів, як і куди можна рости.
Я приєдналася до команди науково-популярного проєкту Science Kids. Мені завжди цікаво зі школярами. У студентські роки я брала участь в організації різних турнірів, обожнюю їх. На противагу олімпіадам, тут питання не лише в тому, наскільки багато ти знаєш фактів з хімії чи іншого предмету — а як ти можеш про це розповісти, як умієш запітчити ідею, як аналізуєш і працюєш у команді.
Вважаю, це корисно в сучасному світі, де хард скіли втрачають актуальність, а от софт навички цінуються вище.
Я залишаюсь у Харкові, бо тут ще комфортно залишатися. Попри небезпеку, я можу працювати, відпочивати, ходити на каву з друзями, гуляти гарним парком у різдвяних вогниках. Передусім це дім, я тут народилася й виросла. Ми з братом жартуємо, що ми — перші харків’яни в сім’ї, бо батьки з області приїхали, а ми вже тут народились. У Харкові мене розуміють, і я розумію, що відбувається. Тут я вдома.
Проєкт «НАУКОВИЦІ» реалізується громадською організацією INSCIENCE в рамках програми «ЄС за ґендерну рівність: разом проти ґендерних стереотипів і ґендерно зумовленого насильства» (фаза 2), що фінансується Європейським Союзом і реалізується спільно структурою «ООН Жінки» та ЮНФПА.
Ця публікація розроблена за фінансової підтримки Європейського Союзу. Її зміст — відповідальність структури «ООН Жінки» та ЮНФПА та не обов’язково відображає погляди Європейського Союзу.
