"Космический" биотехнолог Юсеф Хесуани: «РОС должна включать технологии будущего»
Этой весной на МКС прошел уникальный эксперимент с использованием 4D-печати — в ходе него российским ученым удалось создать эквивалент трубчатых органов в магнитном биопринтере «Орган.Авт». Устройство, которое трудится на орбите уже больше пяти лет и имеет за своими «плечами» несколько мировых достижений, разработала 3D Bioprinting Solutions — пока единственная в России компания, занимающаяся биопечатью. Почему проводить такие исследования проще в космосе, чем на Земле, какие они открывают перспективы для освоения Луны и Марса и что с ними будет после появления Российской орбитальной станции — эти и многие другие вопросы Pro Космос обсудил с соучредителем и управляющим партнером 3D Bioprinting Solutions Юсефом Хесуани.
Путь к космосу: «Сначала прозвучало как шутка»
— Вы родились в Дамаске, ваш отец — сириец. Как так получилось, что вы занимаетесь биотехнологиями в Москве, а ваша компания 3D Bioprinting Solutions проводит эксперименты на Международной космической станции?
— У меня профильное образование: я выпускник факультета фундаментальной медицины МГУ. Я уже в школе понимал, что хочу заниматься медицинским направлением, на это повлияло несколько факторов. Во-первых, вы правильно сказали про мои корни. Я родился в Дамаске, а там система при поступлении в вузы балльная, как на ЕГЭ. И чтобы попасть на медицинский факультет, нужно набрать максимальное количество баллов. То есть это крайне престижная профессия. И, с одной стороны, повлиял вот этот фактор, потому что с детства было понимание престижности профессии врача и вообще медицинского вектора.
А с другой стороны, я люблю рассказывать такую историю. Когда я учился в школе, вышел замечательный сериал «Скорая помощь». Там был просто великолепен Джордж Клуни, который играл одного из главных героев. «Ух, ничего себе! Это вот так выглядит работа в больнице?», хотя в реальности, конечно, все выглядит по-другому. Но это впечатление от сериала очень сильно повлияло на мой выбор.
Но все-таки я пришел к выводу, что мне ближе научные разработки, чем работа практикующего врача. Поэтому мой выбор и пал на факультет фундаментальной медицины МГУ, который дает, с одной стороны, очень хорошие базовые фундаментальные знания, а с другой стороны, практические навыки, и можно себя попробовать и с той, и с другой стороны. Меня очень привлекала научная деятельность в области медицины.
Будучи на четвертом курсе, я пошел в лабораторию, которая занималась изучением процессов применения стволовых клеток для регенерации поврежденных тканей и органов. А моя дипломная работа была посвящена замещению дефектов костных тканей. Потом я уже, собственно, пошел в бизнес, но мне всегда хотелось как-то объединить эти два направления, заниматься наукоемким бизнесом. В итоге так и сложилось. То есть вот эта тяга к науке и бизнесу и переросла в те проекты, которыми мы сегодня занимаемся.
— А как в космос пришли?
— В космос мы пришли, на самом деле, проводя научную конференцию. Это очень важный момент — не вариться в собственном соку. Не только читать научные статьи разных уважаемых авторов, но и посещать конференции. Потому что в кулуарах обычно происходит самое интересное. И какое-то время назад мы были организаторами таких конференций в области биопечати, приглашали ученых из разных стран. География достаточно большая: это и Северная Америка, и Европа, и Южная Америка, и Океания.
И наш коллега из Стэнфордского университета, профессор Уткан Демирчи, на одной из конференций показал принцип управления клетками, заключенными в геле с использованием разного рода волн — магнитных и акустических. Речь шла о том, чтобы в ряде случаев включать в эту смесь микрочастицы металла.
Мы в кулуарах начали обсуждать, как можно улучшить технологию, и договорились до того, что на Земле сделать это достаточно сложно и что, по-хорошему, нам нужны условия микрогравитации. Это прозвучало сначала как шутка: «Ну, давайте в космос отправим».
— Я правильно понимаю, что отправка биопринтера и образцов для экспериментов в космос было чисто производственной задачей, поскольку в условиях невесомости проще собирать определенные биологические объекты, создавать методами 3D-печати трубчатые конструкции — например, искусственные кровеносные сосуды?
— Я бы сделал все-таки шаг назад. Когда мы вообще говорим про исследования в космосе? Они делятся на два вектора. Первый — когда мы пытаемся победить космические условия. Взять классическую технологию трехмерной печати, когда материал наносится слоями. Понятно, что эта технология хорошо работает на Земле, когда каждый последующий слой придавливается к предыдущему гравитацией. Аддитивная технология была разработана под земные условия. Соответственно, если мы эту же технологию хотим использовать в космосе, нам нужно ее достаточно серьезно адаптировать, потому что там каждый последующий слой не будет прижимать предыдущий. Совсем другая физика создания таких объектов.
Второй вариант — когда вы пытаетесь использовать условия космического пространства, чтобы создавать технологии, которые сложно или вообще невозможно создавать на Земле. Мы пошли по второму пути — использовать микрогравитацию как триггер для создания объектов.
Чтобы наносить клетки в процессе печати в определенные точки трехмерного пространства, нам нужна какая-то поддержка для них, чаще всего это химическая поддержка или, другими словами, скаффолд. Это чаще всего гель, в который мы помещаем клетки. Мы же не можем просто клетки распылить в воздухе, они осядут, естественно, на пластиковую основу. Чтобы они не осели, мы создаем трехмерный конструкт с помощью полей, удерживающих клетки на положенном им месте. Мы можем удерживать их магнитным полем или акустической волной.
Но когда мы их удерживали на Земле, на них всегда действовала сила тяжести. Мы с этой силой боремся. Поэтому, чтобы создавать более сложные объекты, нам нужно или использовать более мощные (а значит, дорогие) магнитные или магнитно-акустические системы, или перенести эксперимент в космос.
Вот мы и пошли по «легкому» пути. Вы правы, это больше, наверное, подходит для тех объектов, которые являются полыми и имеют трубчатую форму. Кровеносные сосуды, например. Или вот американцы хотят напечатать аналог сердца, чтобы оно не схлопывалось, так как сердце внутри полое. Космос действительно больше подходит для печати полых биологических объектов.
Но в целом космос в биотехе позволяет развивать два направления: создавать новые технологии, которые преодолевают условия микрогравитации, и, наоборот, использовать ее преимущества, чтобы напечатать на биопринтере то, что сложно напечатать на Земле.
Эксперименты с бактериями: пандемия «космического микроба» Земле не грозит
— Ваш биопринтер «Орган.Авт» уже больше пяти лет находится на МКС, с декабря 2018 года. Ваша компания первая в мире запустила в космос подобное оборудование. Американцы тоже это сделали, но на полгода позже. Какие на данный момент результаты работы «Орган.Авта»?
— Он используется не просто как принтер для печати объектов биоинженерии — по сути, это некая платформа, технология, которая показывает себя достаточно неплохо, не только для печати клеточными культурами.
Первые наши эксперименты на МКС были по созданию хрящевой ткани человека и щитовидной железы мыши. На сегодняшний день уже большое количество экспериментов поставлено и с бактериями, в частности, с кишечной палочкой — наш совместный эксперимент с Институтом Гамалеи.
Можно также назвать эксперимент с выращиванием на МКС кристаллов белка коронавируса, который мы проводили совместно с Роскосмосом и рядом научных центров, включая Институт металлургии и материаловедения РАН.
Если говорить о конкретных результатах, то, безусловно, они есть с точки зрения того целеполагания, которое стояло перед экспериментами. Некоторые из этих результатов мы надеемся «приземлить» в плане внедрения в производство.
Речь, в частности, идет о создании зубной пасты с эффектом восстановления поврежденной зубной эмали. Наши космические эксперименты показали возможность получить материал с функцией реминерализации зубной эмали.
Очень много пищи для размышления дали и наши эксперименты с Институтом Гамалеи, потому что выяснилось, что бактерии в условиях космоса, особенно в наших магнитных ловушках, достаточно быстро вырабатывают резистентность к антибиотикам и очень быстро формируют вокруг себя пленку, собираясь в трехмерную структуру, устойчивую к лекарственному воздействию. Это говорит о том, что нам нужно изучать не только здоровье космонавтов, но и тот биологический материал, который их окружает во время космических полетов.
Кстати, на основе эксперимента с бактериями, мы получили бактерии с очень высоким метаболическим потенциалом. То есть они активно вырабатывают разные ферменты. И мы подумали, а не применить ли это, например, для бактерий, которые используются в производстве кисломолочных продуктов, чтобы получить более эффективные штаммы.
— Вы же понимаете, что широкая публика боится, что вы в ходе таких экспериментов создадите болезнетворную супербактерию, устойчивую к любым антибиотикам? Потом она как-нибудь будет занесена на Землю и начнется пандемия космического микроба хуже, чем во времена ковида.
— Поспешу успокоить: во-первых, то, что мы делаем в условиях космоса, называется ненаправленной селекцией. То есть мы эти процессы действительно не контролируем. С одной стороны, это для нас плохо, потому что мы не понимаем, какие получим эффекты. С другой стороны, мы понимаем по накопленной базе данных, что все эти эффекты связаны чаще всего с повышенной метаболической активностью, микроорганизмам нужно выживать, поэтому они вокруг себя формируют пленки и должны делать это в ускоренном режиме, просто чтобы выжить.
Ничего подобного бактериологическому оружию таким методом не создашь. Никаких новых штаммов, особенно патогенных, мы не получим. Между тем на Земле уже 20-30 лет существуют технологии направленной селекции. Там действительно создаются новые штаммы бактерий и вирусов с заданной генетикой и свойствами. Вот это значительно более серьезная тема для беспокойства, чем то, что мы пытаемся получить в космосе.
Во-вторых, все, что проводится на МКС, проводится в очень серьезных изолированных, замкнутых системах. У нас три контура защиты камеры, где происходит рост микроорганизмов. Действуют очень жесткие требования по проведению биологических экспериментов. И не важно, клеточные материалы это или бактерии. Требования крайне жесткие.
Поэтому не стоит бояться того, что на МКС окажется какая-то новая болезнь. Никакая отважная бактерия не сможет выбраться из кюветы, которая к тому же помещена в специальный перчаточный бокс, разработанный как раз для проведения биологических экспериментов. Если только метеорит попадет в МКС, причем в конкретное место. Но тогда, я уверен, бактерии не выжить.
По этому поводу точно не следует переживать. Кроме того, бактерии, собравшиеся в определенные структуры в результате наших экспериментов, когда доставляются на Землю, в большинстве случаев проходят в свое первоначальное состояние. Это называется фенотипическая изменчивость.
Печать трубчатых органов в космосе: «Эксперимент прошел удачно»
— Расскажите подробнее о ходе эксперимента с материалом, обладающим памятью формы — вашей совместной разработки с МИСИС, результаты которого были в апреле доставлены на Землю на борту спускаемого аппарата корабля «Союз МС-24».
— Мы использовали технологию так называемой 4D-печати. Это когда к трехмерной печати добавляется четвертое измерение — некий стимул, заставляющий печатаемый объект принимать заданную нами форму. То есть если в случае трехмерной печати вы выстраиваете трехмерную структуру, которая печатается согласно цифровой модели, то при 4D-печати вы должны задать для материала два типа модели: который будет напечатан до стимула и который должен принять объект после стимула.
На этот раз мы отрабатывали технологию, когда плоский биологический объект при подаче стимула может преобразоваться в трубчатую ткань. В нашем случае стимулом служило изменение температуры. Пластина с нанесенной на нее клеточной культурой должна была свернуться в трубку, причем клеточной структурой внутрь. Это нам удалось сделать.
Сейчас мы ожидаем данные гистологических исследований для доказательства того, что клетки не отвалились от этих конструкций до сборки, во время сборки или после сборки, когда уже попали на Землю. Нужно получить доказательства того, что выживаемость клеток достаточно высокая. Я думаю, что вскоре мы получим ответы.
— Эксперимент, о котором мы говорим, проводил на борту МКС космонавт Олег Кононенко. Вы были с ним на связи, его консультировали специалисты с Земли?
— Олег Дмитриевич проводил еще самый первый эксперимент на «Орган.Авте» в 2018 году. Я удивлен, но тот опыт он совершенно не забыл, навыки остались на высоте, хотя прошло почти шесть лет. Естественно, мы его и тогда, и сейчас готовили. Космонавты тренируются в проведении экспериментов на МКС еще во время подготовки к полету на Земле. Мы космонавтам, кстати, объясняем, зачем и для чего проводятся эксперименты. Космонавт для нас — не бездушный инструмент, который должен только кнопки в определенной последовательности нажимать, — человек должен понимать, что он делает и для чего. Поэтому во время подготовки к полету мы даем теоретическую основу и дальше уже учим работать с нашей аппаратурой. Олег Кононенко уже проходил этот путь в 2018-м году, и при этой подготовке мы думали, что он забыл, наверное, все. Я был крайне удивлен, что он прекрасно помнит, как устроен биопринтер и каков алгоритм работы с ним.
Понятно, что есть некоторые изменения, связанные со спецификой каждого конкретного эксперимента. Но Олег Дмитриевич хорошо разобрался в аппаратуре. Нам было очень просто с ним на этот раз, потому что он уже был прекрасно подготовлен. При этом представитель нашей группы обязательно присутствует в Центре управления полетами и вместе с операторами ЦУПа следит за тем, как проходит эксперимент. Он проходит во время сеанса связи с МКС. И если что-то пошло не так, то тогда, конечно, специалист вмешивается в процесс. Но это очень большая редкость. Космические эксперименты сложные, требуют большого количества ресурсов. Поэтому мы не жалеем времени на Земле, чтобы не было ошибок в космосе.
— Можно сказать, что эксперимент с «биотрубками» прошел гладко?
— Да, эксперимент прошел удачно. У нас принтер оборудован камерами, и дальше карты памяти из камер отправляются на Землю. Мы можем просмотреть, как проводился эксперимент. Кроме того, на принтере установлены датчики температуры, потому что мы работаем с биологическими объектами и для нас важны скачки изменения температуры, чтобы они были в том диапазоне, который заложен в параметры эксперимента. Вот это мы всегда отслеживаем. Эти данные, естественно, нами уже отработаны, проанализированы, и, в общем, ничего там такого критичного нет.
— А в чем конечная цель этого исследования по 4D-печати трубчатых биоструктур в космосе? Создание искусственных кровеносных сосудов, например?
— Если мы говорим про космические технологии, мы их делим на две части — это космос для космоса и космос для Земли. И мы работаем по обоим этим направлениям. И вот эксперимент, который проводился в апреле этого года, относится в первую очередь к системе «космос для космоса», потому что мы отрабатываем технологии, которые позволят управлять геометрией биологических объектов в случае, если это понадобится в космических полетах.
Если же мы говорим, например, про эксперименты с новыми материалами или с бактериями, дрожжами, которые могут использоваться в пищевой промышленности, безусловно, это направление «космос для Земли». И в конечном итоге речь идет о конкретных коммерческих продуктах, я надеюсь.
А вот эксперимент, подобный описанному выше, — в его случае нам важен не коммерческий продукт, а отработка технологии, в том числе такая, которая может применяться на Земле. Например, мы теперь понимаем, как четырехмерная сборка будет происходить в условиях микрогравитации. Наши магнитные и акустические системы, система сборки, кстати, очень интересуют госкорпорации, в частности, Росатом. И поэтому здесь речь идет о том, что вот эти накопленные знания мы можем использовать не только для создания биологических объектов, а и применительно к другим материалам.
Конкуренция с США: «Научный задел у нас значительно больше»
— Американцы доставили свой биопринтер на МКС в середине 2019 года. Уже несколько лет вы с ними конкурируете. Кто впереди?
— Конкуренция, конечно, есть. Но все-таки у нас с американскими коллегами идеологически очень разные подходы. Мы пытаемся использовать условия невесомости для более эффективного создания объектов. Они пытаются, как они любят говорить, «оседлать» микрогравитацию и использовать в космосе классические технологии 3D-печати. Их эксперименты — это в основном по направлению «космос для космоса». Это такие более фундаментальные исследования с точки зрения их значимости. На этом поле мы, конечно, конкурируем.
Но опять-таки, в чем считать? В количестве научных публикаций? У нас этих публикаций пока что больше. Насколько я знаю, американцы пока еще ни одной не опубликовали, хотя времени прошло достаточно много. У них были определенные проблемы с аппаратурой, она какое-то время не работала, ее пришлось переделывать. Поэтому у них есть, скажем так, отчетные публикации, но не публикации в научных журналах.
При этом наша первая публикация в журнале Science Advanced была включена в топ-10 научных публикаций, рекомендуемых для прочтения в 2019 году. Более того, наш эксперимент включен в перечень наиболее важных экспериментов для человечества, проведенных в космосе. Поэтому научный задел у нас значительно больше, чем у американских коллег.
Если же говорить про технологии, то наш принцип использования магнитных ловушек и микрогравитации позволяет проводить трехмерную печать разного рода объектов. Мы сегодня проводим эксперименты не только в области биологии и медицины, но и в материаловедении, кристаллографии и так далее.
При этом я бы не стал говорить о том, что мы далеко впереди и рядом с нами никого нет. Коллеги делают свою часть работы. Мы же не работаем в космосе с классическими, доказавшими свою эффективность на Земле аддитивными технологиями. Надо ли изучать их применение в космосе? Безусловно, надо. Поэтому это такая конкуренция, которая, как мне представляется, обогащает обе стороны. И надо сказать, что американская компания, которая отправляла на МКС свои принтеры, поздравляла нас с успешным запуском.
Сейчас еще подключается, кстати, Европейское космическое агентство, они тоже начали отправлять первые свои приборы для 3D-печати в космосе. Но пока это немножко проще, чем то, что делают американцы. И это точно гораздо проще, чем то, что делаем мы. Но хорошо, что появилась третья сторона, для которой крайне важно это направление. Надо европейцам отдать должное, они открыли специальную лабораторию по космической биопечати в Германии с очень привлекательным бюджетом. Поэтому я думаю, что скоро у них появится достойный результат. Мы скоро увидим, что европейцы будут ставить целую линейку экспериментов из нашей области. Они долго запрягают, но быстро поедут.
— Международное сотрудничество в космосе продолжается. Но тем не менее, как на вашу программу космических исследований повлияли антироссийские санкции?
— С точки зрения санкционного режима в области поставок оборудования для нас эти ограничения не имеют особого значения, поскольку изначально практически вся аппаратура, используемая нашей компанией, была произведена в России. За исключением той, что мы используем в системе визуализации. Для нее необходима импортная оптика. В остальном — все свое.
Поскольку наш принтер состоит из цепочки постоянных магнитов, нам не нужно даже подключение к внешнему интерфейсу МКС. В нашем приборе нет какой-то специальной микроэлектроники, и мы можем говорить о том, что у нас практически полный цикл производства локализован в России.
Но есть связанные с санкциями проблемы с другой частью исследований. Речь идет об эксперименте по выращиванию белковых кристаллов. Результаты космического эксперимента должны быть исследованы в земных лабораториях. У нас была конкретная договоренность по белкам с нашими европейскими коллегами о проверке результатов эксперимента в их лабораториях. В марте 2022 года мы получили от них отказ в достаточно жесткой форме. Дальше мы договорились с южнокорейским коллегами, получили от них через какое-то время мягкий, но тоже отказ и письмо о невозможности проведения совместных исследований. Дальше мы обратились к нашим китайским коллегам и даже отправили им часть возвращенных из космоса материалов с выращенными белковыми кристаллами. Однако еще не наработано достаточного опыта обращения с такими хрупкими объектами, и они были утеряны. Поэтому вот это такой вопрос очень непростой.
Сегодня наша задача – планировать эксперименты таким образом, чтобы весь цикл можно было проводить в пределах Российской Федерации, плюс часть исследований будет проводиться в Белоруссии.
Белковые кристаллы: «Космические эксперименты эффективны для разработки новых лекарств»
— Поясните, что такое белковые кристаллы и для чего их выращивать в космосе?
— Эксперименты с выращиванием белковых кристаллов в космосе — это идея, придуманная не нами, первым экспериментам из этой области уже много лет. В нашей стране первые эксперименты ставились еще на станции «Мир». Ведущая страна в выращивании белковых кристаллов — Япония. Японское агентство аэрокосмических исследований поставило, я думаю более 100 экспериментов с белковыми кристаллами, и делается это для того, чтобы изучить трехмерную структуру белка. В нашем случае речь идет о белках вирусов.
Мы выращивали на МКС кристаллы белка коронавируса. Знание трехмерной структуры патогенных белков позволяет подбирать конкретные лекарственные препараты для их нейтрализации.
Я думаю, что уже почти все знают, что такое «шип» коронавируса, что этот «шип» состоит из двух основных белков. Более продвинутые знают, что на конце этого «шипа» есть определенный белок, который отвечает за то, чтобы вирус проникал в клетку. И наша задача как раз состояла в изучение трехмерной структуры белка вируса, который отвечает за проникновение в клетку. Далее с нашими коллегами мы определяем те белки, которые могут выступать потенциальными лекарственными препаратами для блокировки проникновения рецепторов коронавируса в клетку. Вот, собственно, в этом и заключался смысл эксперимента.
А белковые кристаллы, как я уже сказал, в космосе выращиваются достаточно давно. Почему? Потому что в условиях микрогравитации можно выращивать кристаллы значительно большего размера и более «чистые», то есть с меньшими деформациями, чем на Земле. Соответственно, исследователи получают более широкий инструментарий для изучения структуры белков вирусов.
Такие эксперименты мы проводили еще в одних из первых наших испытаний. И когда возникла история с пандемией коранавируса, было предложение совместно с коллегами из Роскосмоса использовать нашу инфраструктуру для подобного рода исследований.
— Не опасно эксперименты с новыми вирусами проводить?
— У нас же нет самой главной внутренней части вируса, содержащей генетический материал. У нас просто есть часть «шипа». Конечно, некоторые журналисты писали, что русские ученые молодцы, они отправили коронавирус в единственное место, где его не было — на Международную космическую станцию. Но это не так.
— Можно сказать, что эксперименты в космосе с белковыми кристаллами нужны, прежде всего, для развития фармацевтики?
— Да, космические эксперименты эффективны для разработки новых лекарств. Я не специалист в области фармацевтики, но, судя по тому количеству исследований, которые проводятся в космосе, фармацевтике это нужно. Ряд крупнейших мировых фармацевтических корпораций проводят достаточно большое количество экспериментов, посвященных белковой кристаллизации, изучению поведения белковых молекул в условиях космического пространства. Не отстают и космические стартапы. Так, американская Varda Space Indusries анонсировала запуск орбитальной лаборатории, где в том числе будут выращиваться ткани и органы. Я так понимаю, что они вдохновились в том числе нашими работами, и работами других компаний на МКС.
С другой стороны, я пока не видел ни одного лекарственного препарата, разработанного на основе космических фундаментальных исследований. Хотя у японцев были разговоры, что вот уже скоро такие препараты появятся. Но вот чтобы были проведены клинические испытания, препарат доказал свою эффективность, такого пока еще не было. Понятно, что разработка нового лекарства — это дорого и долго. Но практического результата мы пока не видим. Но это не значит, что этим не надо заниматься. Для нашей компании исследования, имеющие отношение к фармацевтике, — это побочный продукт нашей деятельности.
— А каким должен быть основной продукт вашей деятельности?
— Опять-таки здесь требуется разделение на направления «космос для космоса» и «космос для Земли». Для направления «космос для космоса» — это вопросы биологической безопасности, с которой связаны наши исследования бактерий, совместные с Институтом Гамалеи. Это исследование резистентности бактерий к антибиотикам, с одной стороны. А в направлении «космос для Земли» — это возможность создания с помощью космических технологий продуктов широкого потребления, начиная от производства зубной пасты на основе материалов, которые мы научились получать в космосе. Но теперь нужно учиться получать на Земле. Мы знаем, какие нам нужны показатели для того, чтобы мы получили эти материалы.
Коммерциализация космоса: от зубной пасты до вина
— Чем «космическая» зубная паста будет отличаться от обычной?
— Она будет содержать в себе керамические материалы, которые были получены в космосе, с необходимой кристаллической решеткой.
Особенность этих кристаллических решеток в том, что при повреждении эмали частицы пасты заполняют трещины в зубной эмали, по сути, восстанавливая ее. Эти эксперименты были нами уже проведены в лаборатории и показали крайне высокие результаты восстановления зубной эмали.
Другое дело, что зубная паста не должна стоить как крыло от «Боинга». Задача масштабировать и удешевить процесс производства такой зубной пасты.
— Еще что-нибудь космическое коммерциализировать хотите?
— Второе направление крайне интересно — это создание новых штаммов для производства пищевой продукции, начиная от, условно говоря, хлеба, заканчивая винами. Надо сказать, что в России очень перспективная молодая область виноделия, но практически вся на иностранных штаммах дрожжей. А можем ли мы получить новые штаммы в космосе? Я сейчас не могу называть конкретные компании, но есть российские производители вина, которые крайне заинтересованы в таких исследованиях.
— Космическое вино — это сильный бренд…
— Да, начинание перспективное даже с точки зрения «голого» маркетинга. Коллеги уже ставят перед нами конкретные задачи по тем показателям, которые бы они хотели увидеть у новых штаммов винных дрожжей. Для того чтобы внедрить их и повысить эффективность технологического процесса. И это касается не только вина.
Фундаментальные исследования в космосе можно и нужно коммерциализировать, чтобы они превращались в реальные продукты, которые стоят на полках магазинов, будь то вино, йогурт, зубная паста или что-то еще. Вот это для нас большая цель.
Вторая часть, если говорить о наших амбициях, — это медико-биологическое обеспечение пилотируемых полетов в дальний космос. Мы не можем не проводить испытания с биологическими объектами, в том числе с точки зрения регенерации тканей, в условиях микрогравитации. И вот это большое второе направление, которое имеет важный характер с точки зрения покорения человеком дальнего космоса.
Российская орбитальная станция: «Космические эксперименты принципиально другого уровня сложности»
— Для начала надо, наверное, определиться с перспективами орбитальных станций. Россия готова участвовать в работе МКС до 2028 года. Дальше российская космонавтика, включая научные эксперименты, должна переместиться на Российскую орбитальную станцию. Вы хотели бы, чтобы ваши 3D-принтеры оказались на РОС? И ведутся ли уже переговоры на этот счет?
— Да, безусловно, сани надо готовить летом. Поэтому переговоры ведутся уже сейчас. Но отправить наш принтер на РОС — это самое простое. РОС, в моем понимании, должна включать в себя технологии не вчерашние и даже не сегодняшние, а технологии будущего. Если мы хотим построить современную станцию на много лет вперед, мы должны немножко заглянуть за горизонт того, что мы имеем сейчас и стараться делать инфраструктуру для технологий, которые будут востребованы через 10, 15, 20 лет, а не стараться повторить то, что сегодня работает хорошо.
Что касается нашего направления, мне представляется крайне важным сделать на РОС инфраструктуру, позволяющую содержать лабораторных животных, проводить операции на животных. Это будут космические эксперименты принципиально другого уровня сложности, которые дадут нам принципиально другой массив медицинских и биотехнологических данных. Инфраструктура МКС не была изначально под это заточена.
— Вы предлагаете включить в состав РОС медико-биологический модуль с хирургическим отделением? Там же тогда на постоянной основе практикующие врачи и биотехнологи, наверное, должны находиться.
— Операции можно проводить двумя путями. Первое — это роботизированная установка, которая может управляться или космонавтами во время присутствия на станции, или с Земли. И я вообще считаю, что наличие роботизированных манипуляторов на РОС просто обязательно не во внешнем контуре, как это есть сейчас на МКС, но и внутри станции. Роботизированные устройства в перспективе, наверное, 10-15 лет должны получить управление на основе искусственного интеллекта.
Это, конечно, будущее. Пока желательно, чтобы хирургические операции на борту орбитальной станции проводили люди. Кто это будет?
При подготовке к съемкам фильма «Вызов» была апробирована технология подготовки к космическому полету совсем не готовых к этому изначально людей. Причем за достаточно короткий промежуток времени. Такой же ускоренной программы подготовки в космонавты будет достаточно для тренировки хирурга перед краткой командировкой на РОС специально для проведения медико-биологического эксперимента.
Повторю: в случае с фильмом «Вызов» уже была отработана система ускоренной подготовки к полету необходимого в данный момент на орбите специалиста.
Я очень надеюсь, что будут отработаны системы, при которых мы сможем на небольшое количество времени отправлять ученых в космос. Это действительно повысит качество наших экспериментов. Я с большим уважением отношусь к нашим космонавтам, и в составе российского отряда космонавтов есть ученые, и биологи с врачами в том числе. Но мы не можем собирать отряд космонавтов из одних ученых. А для продвинутых научных экспериментов понадобится более фундаментально подготовленный специалист, который не является профессиональным космонавтом. Поэтому я надеюсь, что не только актеры, но и ученые тоже смогут полететь в составе экспедиции посещения станции и провести испытания, которые требуют специальных навыков.
— На будущих постоянно обитаемых лунных базах и во время пилотируемого полета на Марс может, в отличие от кино, уже реально понадобиться хирургическая помощь космонавтам. Необходимо ли на той же РОС создавать медицинский центр и отрабатывать там методы оказания серьезной врачебной помощи в космосе?
— Когда речь заходит о дальних и долгих космических полетах, обсуждаются двигатели, система управления кораблем, навигация, связь и так далее. И мы практически не говорим про системы медицинского обеспечения и о медицинской инфраструктуре на космических кораблях или лунных базах, которая 100% понадобится. Тем более что, как уже показывают наши эксперименты, мы не всегда можем прогнозировать те патологические состояния, которые могут возникнуть при длительных космических полетах. Ситуация грозит оказаться такой же, как в эпоху начала длительных морских путешествий, когда люди впервые столкнулись с совершенно неизвестной ранее болезнью — цингой. Было потеряно немало жизней, пока не поняли, как с ней бороться.
Я вполне допускаю, что при дальних космических полетах мы тоже не все сможем предусмотреть. Для этого обязательно нужны системы, которые будут позволять оказывать медицинскую, в том числе неотложную, помощь.
Нужны будут и роботизированные манипуляторы для проведения медицинских операций. На РОС, на мой взгляд, необходимо отрабатывать технологии их разработки, создания и применения. Потому что для развития космонавтики и исследований космоса нельзя быть сосредоточенными на решении исключительно инженерных задач.
Дальний космос: «У нас есть предложение к Роскосмосу: уделите внимание при полете на Луну биологическим экспериментам»
— На орбите вопросы оказания срочной медицинской помощи в принципе решаемы. Но если говорить о полете на Марс, который, по словам Илона Маска, займет не менее двух месяцев, плюс время пребывания на самой планете и возвращения назад. Должен ли в составе такой экспедиции обязательно быть врач, а корабль оборудован медико-биологической лабораторией?
— Если почитать фантастическую литературу про дальние полеты, в команде обязательно присутствует врач и биолог. Не менее чем медицинские важны вопросы питания космонавтов. Потому что если посмотреть структуру грузов, отправляемых на МКС, то львиная доля — это как раз продукты питания.
Но для полета на Марс еду в достаточном количестве с собой не возьмешь. Необходима система возобновления продуктов питания. Надо прямо на борту выращивать растения и культивировать клетки животных. Потому не обойтись не только без врача. В составе экипажа должен быть и агробиолог.
— Ну да, кто-то же должен на Марсе картошку выращивать…
— Вот именно.
— Ваша компания проводила на МКС эксперименты по печати клеток мышечной ткани животных. То есть так называемого искусственного мяса. Какие перспективы у этого направления в плане обеспечения питанием космонавтов в дальних полетах и при освоении Луны или Марса?
— Эти технологии потенциально способны поменять всю мясную индустрию. У нашей компании есть компетенции в этой области. Мы проводим исследования и в принципе не должны особо задумываться над вопросом, умрет эта технология или выстрелит. Потому что риски того, что она выстрелит, а Россия останется без нее, намного перекрывают риски того, что она не выстрелит. Поэтому нужно как минимум держать руку на пульсе. В нашем случае, я имею в виду, делать задел и разбираться в технологических нюансах выращивания клеток мышечной ткани животных в лабораторных условиях. Тем более что в длительных полетах действительно не обойтись без технологий так называемого самовоспроизведения еды.
Эксперименты с выращиванием в космосе салата, с разными растениями проводятся достаточно давно, И Советский Союз был одной из первых стран, которые стали проводить подобного рода исследования в космосе. А вот с точки зрения клеток животного происхождения, таких работ ранее не было.
Почему наша работа была в этом плане и пионерской, и новаторской? Потому что мы показали, что возможно отправлять на орбиту клетки животных. Они очень неплохо переносят космический полет, очень неплохо размножаются в условиях микрогравитации и даже создают в магнитных волнах системы с веретенообразными формами, что уже похоже на начало формирования настоящей мышечной ткани.
При этом в ряде случаев для воспроизведения волокнистой структуры, возможно, использовать животные клетки не понадобится. С точки зрения органолептики «мясо» можно напечатать и из белков растительного происхождения. Я, кстати, знаю один австралийский стартап, который пытается такие мышечные волокна печатать из белка на основе водорослей, что для космоса может быть крайне актуально. Водоросли быстро растут, поглощают углекислый газ, дают кислород, а тут из них еще и «мясо» можно делать.
В любом случае это точно то направление, которым надо заниматься с точки зрения выращивания клеточных культур и растений, и животных для обеспечения питанием во время длительных космических полетов. Для этого мы на РОС должны иметь оранжерею и биолабораторию.
— Космическое пространство, помимо возможностей для проведения различных экспериментов и разработки новых технологий, еще и несет в себе угрозы для живых организмов. Вы ранее говорили, что хотели бы провести во время полета на Марс эксперименты по влиянию космической радиации на организм космонавтов. А на более близкую перспективу у вас такие планы есть?
— Нам было бы крайне интересно поставить эксперимент во время полета одной из российских автоматических станций к Луне. Мы бы очень хотели отправить в достаточно длительный космический полет системы с бактериями и вирусами. Мы об этом много говорим с нашими коллегами из Института Гамалеи, у которых есть технологии проверки в режиме реального времени жизнеспособности вирусов и бактерий в условиях космической радиации.
То есть при каждом выходе радиации на новый виток мы сможем в режиме реального времени оценить жизнедеятельность биологических объектов и степень воздействия на них космического излучения. Уже в рамках российского лунного проекта это было бы крайне интересно сделать. У нас есть такое предложение к Роскосмосу: уделите внимание при полете на Луну биологическим экспериментам.
Что касается воздействия условий космического полета на человеческую ментальность, то коллеги из Института медико-биологических проблем РАН проводят здесь колоссальную работу. И я думаю, что они вообще лучшие в мире по изучению изменений ментальности в закрытых пространствах и длительных полетах. Это изучается в ходе известных проектов «Сириус», «Марс-500» и других.
Вторая важная часть биологических рисков связана с пребыванием в условиях микрогравитации. Это изменение структуры внутренних органов, химических показателей крови, изменение в приливе крови к отдельным частям тела и так далее. Ну и третья часть — это влияние радиации.
Плюс я бы не стал забывать про «черных лебедей»: возможно, длительное пребывание в космосе вызовет какие-то патологические процессы в человеческом микробиоме — в тех микробах, которые живут внутри нас. А я хочу напомнить, что бактериальных клеток в нашем организме на порядок больше, чем наших собственных клеток. Как они себя будут вести при длительных космических полетах? Мы не имеем никакого понимания.
Кстати, это одно из направлений, в котором надо достаточно серьезно усилить наши эксперименты. Изучение изменений в микробиоме космонавтов даст большой материал в целом для развития микробиологии.
— Илон Маск, рассуждая про полет на Марс, заявил, что у участников такой экспедиции «есть большой шанс умереть». Вы согласны? Может, космос настолько агрессивная среда, что человеку там делать нечего?
— Конечно, условия космоса неблагоприятны для человека. Но человек очень адаптивное существо, способное приспосабливаться, казалось бы, к самым агрессивным внешним условиям. Люди выживают в суровых условиях Арктики и Антарктики. Представить, что вид, возникший в Африке, способен на это, достаточно сложно, но это так. Наверное, первым исследованиям Арктики и Антарктиды казалось, что выжить там нельзя. Так же, как нам кажется сегодня, что нельзя выжить на других планетах. Но помимо генетической адаптации для решения таких проблем есть человеческий мозг и порождаемый им технологический прогресс. Думаю, это все может уравновесить неблагоприятные условия космоса и других планет. Если, конечно, мы будем думать о здоровье человека в космосе не меньше, чем мы думаем о технических деталях пусков ракет. Вспоминая об Илоне Маске, хочу отметить, что мы много говорим о его ракетно-космических успехах, но практически не замечаем его поддержку проектов в области медицинских и биологических экспериментов для космических полетов, потому что проект Neurolink все-таки преследует другие цели.
Планы на будущее: раковые клетки в космосе и оранжерея на МКС
— В завершение нашей беседы традиционно о планах. Какой следующий космический проект вы будете осуществлять? Может, какое-то новое оборудование на МКС отправить собираетесь?
— На вопрос, какие ближайшие планы, простого ответа не существует. У нас нет конкретного эксперимента, который мы будем проводить следующим на Международной космической станции. Я могу сказать, что у нас есть ряд экспериментов, которые нам крайне интересно было бы провести в условиях микрогравитации. В том числе эксперимент с клетками раковой опухоли в комплексе с нормальными клетками. Мы все время говорим о том, что изучаем нормальные клетки, как они себя ведут и так далее.
Но крайне интересно посмотреть, как будут себя вести в невесомости клетки опухоли, причем в окружении нормальных клеток, какое между ними будет взаимодействие. Понятно, что это больше фундаментальное исследование и ждать быстрого появления лекарства от рака от таких исследований не стоит.
Также мы надеемся продолжить новое для нас направление со штаммами бактерий или дрожжей, которые могут быть использованы для пищевой промышленности. И, в общем, нас немножко разрывает между такими интересными фундаментальными исследованиями, с одной стороны, и прикладными, с другой. Мы давно не проводили прикладных. Наверное, надо их все-таки чередовать. Не хочется прикладные делать просто как вещь в себе. Нужно сразу обзавестись технологическим партнером. Мы же не производители йогуртов или вина. И никогда ими, скорее всего, не будем. Но нам хотелось бы, чтобы такой производитель стоял за плечом, который бы сказал: «Ребята, если получится, будем внедрять в производство». И были бы критерии того, что значит «получится».
Если говорить про планы на новую аппаратуру, то мы понимаем, как улучшить наши принтеры, чтобы еще расширить линейку экспериментов. Мы готовы поучаствовать в создании новых систем, чтобы расширить возможности и наши, и других ученых по работе с космонавтами. И готовы поучаствовать в создании оранжереи для МКС, потому что это крайне важный вопрос и, на наш взгляд, заниматься им нужно прямо сейчас, не откладывая в долгий ящик с прицелом нововведений уже не новую станцию. Нам есть что улучшать и отрабатывать на МКС.
