***
Бишкек. 2015 год. Лаборатория медико-биологических исследований. Среда, первая половина дня. В зале собралось человек пятьдесят. В основном сотрудник лаборатории, студенты кружковцы, аспиранты и соискатели. Семинар, посвященный технологии создания нанобиочипов, вел профессор Серегин. Вначале, как пожелали молодые сотрудники, он рассказал о сути биочипов.
— Несколько десятилетий назад были созданы электронные микросхемы, или микрочипы, которые позволили построить первые персональные компьютеры, совершившие настоящий переворот в науке. И вот нечто подобное происходит сейчас в биологии и медицине с появлением биочипов — крохотных пластинок с множеством индикаторов из молекул ДНК, белков и других веществ, которые открывают фантастические возможности для развития различных отраслей науки и практики.
— Аркадий Николаевич. Если можно поясните, что изображено на этом слайде. Я, например, вижу включение, напоминающую мышь. Это и есть биочип? — спросила Айгуль — младший научный сотрудник.
Серегин внимательно посмотрел на слайд. — Да, действительно, биочип представлен на рисунке в виде мыши. Но это так, образно. — Сказал он. — Биочип представляет собой набор фиксированных на стеклянной пластинке сотен и тысяч «микропробирок», точнее гелевых капель, объемом в одну миллионную миллилитра. Каждая из них заполнена своим реактивом-анализатором. На биочип наносят исследуемый материал. В тех пробирках, где произошло взаимодействие реактива с препаратом, возникает специфическое свечение.
— А теперь прошу обратить внимание на этот этап. — Сказал Серегин, указывая на слайд, где отражено компьютерное звено. — Итак, свечения обрабатывается компьютером. По расположению светящихся ячеек и можно судить о том, что представляет собой исследуемый препарат. Это дает в руки врачей быстрый, надежный и дешевый способ диагностики и обследования больного, позволяет им практически безошибочно прогнозировать результаты лечения.
— Какова общемировая тенденция в развитии биочипов? — спросила Айгуль.
— Сейчас в мире биочипами занимается более пятидесяти фирм. Одна из них — транснациональная научная компания «Нанобиотехтраст», созданная братьями Темировыми. Кстати, они наши земляки. — Упомянул Серегин и продолжил:
— Эта техника стремительно развивается, и рынок биочипов оценивается в десятки миллиардов долларов. Создание биочипов и на их базе биологических компьютеров позволит биологам не только обрабатывать имеющуюся информацию, но и получать совершенно новую. Например, сейчас фирма «Affymetrix» создала биочипы, которые позволяют изучать активность всех генов человека. То есть, создав генетический портрет индивида, можно понять, какой ген на что влияет.
— Недавно в журнале «Roche» прочитал о том, что одноименный швейцарский фармакологический концерн начал поставку первого в мире биочипа, с помощью которого врач может заранее определить, насколько эффективным будет тот или иной препарат для данного пациента. — Сказал Касымов.
— Как вы знаете, до сих пор при назначении лекарств, врачи вынуждены были действовать практически вслепую, методом проб и ошибок. Я считаю, что использование биочипов значительно снизит этот печальный итог. — Сказал он.
Серегин с пафосом сказал: — Техника биочипов развивается экспоненциально. Эта золотая жила! Наша задача — сделать совершенно новый нанобиочип в задачу которого входит регуляция параметров гомеостаза.
Не менее интересным было сообщение Рахимова. — Сейчас в мире разработаны различные методики проведения анализа на биочипах на основе нанотехнологии и наноматериалов. Одним из таких приборов является Evidence в различных проекциях — автоматические и полуавтоматические анализаторы.
— А такие анализаторы у нас будут? — не то с иронией, не то с сомнением спросил Касымов.
— Не сомневайтесь! Будут! — категорично ответил Серегин вместо него.
Рахимов продолжил: — Вы только подумайте, на этих анализаторах осуществляется возможность проведения анализов до 3600 тестов за 1 час, при программном обеспечении, контролирующем работу всей системы от обслуживания и оценки достоверности калибровки до определения профиля тестируемых образцов. С этой целью разработаны мультианалитные калибраторы, мультиконтрольные наборы и реагенты. В связи с этим, у меня возник вопрос: сумеем ли мы достать такие приборы и реактивы? — спросил он, обращаясь к Серегину.
— Сумеем! — сказал Серегин и пояснил. — Составлен многомиллионный контракт с «Нанобиотехтраст». В договоре указано, что необходимое оборудование и материалы входят в план материально-технического обеспечения.
— Я бы хотел обратить ваше внимание на то, что панели определения аналитов для всех приборов достаточно широки: от гормонов до молекул цитокинов, которые, кстати, функционируют как сигнальные молекулы, регулирующие клетки иммунной системы, обладают аутокринной, эндокринной и паракринной функциями, — пояснил Салимов, перечислив и преимущества биочиповой технологии, — во-первых, одна система детекции для чипов определения белков и ДНК; во-вторых, мультиплексное исследование: один образец — множество результатов; в-третьих, широкий выбор панелей; в-четвертых, бар-код калибраторов и качественный контрольный материал.
— Таким образом, для количественного определения сигнала используют процесс визуализации, управляемый специализированной программой. — Сказал Серегин. — Регистрируемые данные сохраняются в компьютере, а именно: изображение и цифровые показатели биопробы, и наряду с этим, данные контроля качества и данные калибровки для каждого аналита.
— Для каждого? — спросил Касымов.
— Да! Для каждого! — подтвердил Серегин. — Следует отметить, что калибровочные наборы являются мультианалитными для получения достоверных концентраций калибровочных кривых, которые хранятся в программном обеспечении и используются для расчета концентрации анализируемых веществ в контрольных образцах и в образцах пациентов.
— То есть, анализаторы, использующие биочиповую технологию, определяют, как одна система — множество результатов плюс множество приложений? — спросил Рахимов.
— Да. Вы совершенно правы, — сказал Серегин, — хранение информации с изображением основано на хранении данных в компьютере в двоичном формате. Система Evidence сохраняет изображения в виде битовых массивов, которые представляют изображение в виде набора пикселей, и которые соответствуют конкретным точкам на изображении.
— А как с программным обеспечением? — спросил Салимов.
— Программное обеспечение для обработки изображения использует способы математической обработки. — Пояснил Серегин. — Каждый биочип должен пройти несколько тестов для гарантии того, получены ли достоверные результаты. В компьютере сохраняются изображение и цифровые данные, наряду с контролем качества и данными калибровки, полученными в результате анализа контрольных образцов.
Серегин вновь подчеркнул, — программа компьютера позволяет выбрать тест для тех анализируемых веществ, для которых имеются достоверные калибровочные кривые, которые хранятся в базе программного обеспечения.
— Итак, получается, что каждый биочип служит в качестве реакционной платформы для определения множества параметров в образце одного пациента. Так? — спросил Салимов.
— Да! — ответил Серегин.
Салимов, пользуясь тем, что явился сам Митин, адресовал ему несколько вопросов.
— Олег Иванович. У вас есть какие-либо предварительные идеи о будущем универсальном нанобиочипе?
— Разумеется! — Ответил Митин. — Как же без этого? Мы провели предварительный анализ проблемы, составили соответствующую программу исследования. Разработка будет относится к аналитической химии, точнее к устройству и технологии изготовления биочипов на основе монолитного макропористого полимера, предназначенных для анализа белков.
— Только белков?
— Да! Биочип включает подложку с нанесенным на нее полимерным рабочим слоем, образованным из сополимера на основе производных метакриловой кислоты с иммобилизованными на нем биологическими макромолекулами — зондами. Задачей является создание биочипа для анализа белков с заранее заданным контролируемым и воспроизводимым качеством и пригодного для многоразового использования в течение всей жизни человека.
— В течение всей жизни? — с удивлением спросил Рахимов.
— Да, раз и навсегда! — заявил Митин. — Будут получены нанобиочипы с улучшенными качественными характеристиками: с гарантированной заданной структурой монолитного слоя, с хорошей воспроизводимостью характеристик биочипа, с контролируемым количеством зондов, хорошей механической прочностью, химической стойкостью, с расширенными возможностями анализов.
— Олег Иванович. А как будет обстоять дело в отношении надежности нанобиочипов? В чем будет заключаться особенность? — спросил Серегин.
— Аркадий Николаевич. Я просмотрел соответствующие данные. Во всех конкурирующих разработках не решена проблема предохранения биочипов от повреждений. Наша задача — создать надежную систему защиты программы нанобиочипа. А что касается особенностей, то это максимально автоматизировать процесс анализа на электронной основе. Следует заметить, что для работы с данными биочипами требуется дорогостоящее оборудование, в том числе и суперкомпьютер с выходом в Сеть через спутниковую связь.
— Ну, а в чем еще будет заключаться научная и технологическая новизна универсального нанобиочипа? — спросил Рахимов.
— В данной разработке впервые будет реализован ряд новых подходов. В первую очередь, в методику проведения анализа заложен модульный принцип, позволяющий использовать совершенно одинаковые биочипы для решения самых разнообразных задач.
Талип вытянул руку, чтобы и ему дали возможность задать вопрос. Когда Митин кивнул, он спросил: — На чем основанная ваша уверенность?
Митин, не оборачиваясь в сторону Талипа, ответил: — Вы сами знаете, что это возможно благодаря изготовлению биочипов на прозрачных подложках и адаптации соответствующих методик для их использования при анализе клеток на биочипах.
Сотрудники лаборатории поняли, что предлагает профессор — разработать электронный нанобиочип, позволяющий получить высокоточную информацию при минимальных трудозатратах и максимальной экономии времени. А для этого продолжать работу по усовершенствованию программного обеспечения обработки и анализа предельного множества данных.
У них возник замысле — в общих чертах такой: нанобиочип с запрограммированной задачей по регулированию множества параметров гомеостаза внедряется в организм человека. Контрольное снятие параметров производится через Сеть с помощью спутниковой связи. Замысел был из разряда сверх-технологий. Но и автор был из разряда сверхталантливых. Это чувствовали все от младших до старших. Однако… на счастье, изъяны, казалось бы, верно определенных научных построений проявляется вовсе не одновременно.
