«Здоровые клетки — шестиугольники, больные — бесформенные»
Создать компьютерную модель, которая способна «видеть» рост и деление здоровых и раковых клеток в организме человека, — такую задачу поставила перед собой кандидат физико-математических наук, ассистент кафедры теоретической и вычислительной физики физического факультета Южного федерального университета Дарья Рошаль.
Дарья выиграла грант Российского научного фонда и в течение двух лет будет проводить исследования, которые помогут в более точной диагностике онкозаболеваний. Геометрия клеток — подсказка для обнаружения «врага».
N: — Как вы пришли в науку?
Д.Р.: — Еще в школе меня увлекали математика и возможность участвовать в различных олимпиадах. По математике их проводилось не так уж много, поэтому я стала участвовать также и в олимпиадах по физике. Очень хотела в школьные годы отобраться на всероссийский этап Олимпиады школьников хотя бы по одному из этих предметов. Но несколько лет подряд для этого не хватало совсем немного, были победы и призовые места лишь на уровне области. В очередной раз не попав в заветный список участников, написала заочный этап олимпиады по нанотехнологиям (математика + физика + химия + биология), проводимый МГУ. Далее отобралась в очный финал и получила диплом второй степени. Мне ужасно понравились используемые в олимпиаде задачи, вероятно, они были основаны на научных изысканиях сотрудников МГУ. Я очень рада, что похожие научные направления можно реализовывать и у нас в ЮФУ, не уезжая ради науки из родного города. Мне нравится работать на стыке нескольких наук — в первую очередь физики, математики и биологии. Мне кажется, что самые интересные неисследованные области науки лежат именно на стыке нескольких направлений.
N: — В сферу ваших научных интересов входят биофизика, нанотехнологии, математическая физика. А тема гранта Российского научного фонда «Сравнительная топология нормального и ракового эпителия» выглядит как медицинская. С чем связан ее выбор?
Д.Р.: — Меня в научной работе интересуют геометрия и топология различных объектов, располагающихся на поверхностях с различной кривизной. Я несколько лет занималась исследованием строения сферических нано— и микрообъектов, таких как сферические коллоидные кристаллы, оболочки вирусов, фуллерены. В последние два года те же методы нанотехнологии, кристаллографии, математической физики я стараюсь применить к исследованию топологии эпителия.
N: — Как вы могли бы объяснить неспециалисту задачу, которую вы поставили перед собой в рамках этой работы?
Д.Р.: — Нашей первой задачей было найти разницу в топологии быстро делящихся (раковых) и медленно делящихся (здоровых) клеток. Созданный компьютерный алгоритм распознает ядра клеток в эпителии и затем анализирует, как именно клетки упакованы, сколько у них ближайших соседей. Мы обнаружили существенные различия между структурой ракового и здорового эпителия: клетки здорового эпителия образуют достаточно упорядоченную структуру, состоящую из похожих по размеру и форме многоугольников, половина из которых — шестиугольники. В раковом эпителии такой упорядоченности нет: клетки разные по размеру, неправильной формы, часто удлиненной и с разным числом граней.
N: — Вы планируете создать компьютерную программу, которая поможет отделять «плохие» клетки от «хороших». В чем новизна вашего подхода?
Д.Р.: — Впервые метод исследования топологии клеток был применен к исследованию разницы между раковыми и здоровыми клетками. Наш алгоритм максимально упрощен по сравнению с имеющимися алгоритмами распознавания клеток.
N: — Опираетесь ли вы на подобные исследования, которые проводились учеными ЮФУ или других университетов в стране и мире?
Д.Р.: — Разумеется. Очень многие ученые занимаются как исследованием раковых клеток, так и математических методов анализа топологии клеточного монослоя. Мы сравнивали результаты, полученные нами для топологии клеток шейки матки человека, с известными в литературе результатами для топологии эпителия огурца, морских микроорганизмов, крыльев стрекозы.
N: — Насколько физики способны сегодня помочь медикам?
Д.Р.: — В настоящий момент разработка многих лекарств и методов диагностики связана с методами компьютерного моделирования. Прежде чем проводить какие-либо эксперименты в разных областях науки, гораздо дешевле и проще провести моделирование того, что вы хотите сделать.
В биологии развитие очень многих живых систем определяется не только генетикой, но и некоторыми физическими и математическими закономерностями, изучению которых и посвящен наш проект.
N: — С какими трудностями вы сталкиваетесь в ходе работы над грантом?
Д.Р.: — Есть трудности с поиском образцов для исследования. Выращивание клеток в пробирке является достаточно недешевым удовольствием, а взятие образцов живых организмов связано с этическими проблемами. Пока мы пользуемся фотографиями эпителия, предоставленными коллегами из Франции, но надеемся установить контакты и с российскими биологами.
Другой ряд трудностей связан с отменой части международных конференций в России и со сложностями при получении виз для поездок в другие страны на конференции. Хотелось бы получить критику и советы от коллег из других стран и продемонстрировать свои работы за рубежом, но пока это не получается.
N: — В своей работе вы используете фото, предоставленные учеными из Франции. Насколько важно взаимодействие с зарубежными исследователями?
Д.Р.: — Наша группа использует фотографии эпителия различных животных и человека, которые нам предоставляет французский биолог проф. Багдигиян. У моего научного руководителя сложилось давние научные контакты с университетом Монпелье, а французская академия наук запрещала своим ученым устанавливать лишь новые научные контакты с учеными из России. Мы продолжаем плодотворное сотрудничество с данной группой ученых, сейчас работаем над очередной совместной научной статьей.
N: — Можно ли сказать, что итогом работы может стать компьютерная программа, которая поможет в диагностике онкозаболеваний?
Д.Р.: — Грубо говоря, да. Помимо этого все полученные в результате работы алгоритмы и закономерности будут опубликованы и могут быть полезны для дальнейших разработок ученых в этой области.
N: — Верите ли вы в то, что победить онкозаболевания можно совместными усилиями физиков и медиков?
Д.Р.: — Мне кажется, что полностью победить онкозаболевания в принципе невозможно, ведь причина их возникновения лежит в поломке генома отдельно взятых клеток организма. На текущий момент провести профилактику таких поломок практически невозможно, доля случайности в этом процессе очень велика. Перед медиками и учеными в первую очередь стоит задача ранней диагностики онкозаболеваний, когда они успешно лечатся.
N: — Является ли для вас стимулом в научной деятельности перспектива стать лауреатом Нобелевской премии?
Д.Р.: — Мне кажется, что любому ученому хотелось бы получить Нобелевскую премию за свои исследования. Это главный показатель признания научного сообщества.
N: — О чем мечтаете как ученый?
Д.Р.: — Создать свою научную лабораторию. Найти практические применения своим теоретическим изысканиям.
Доцент кафедры теоретической и вычислительной физики физического факультета ЮФУ, кандидат физико-математических наук Галина Сухарина:
— Даша — любознательный, трудолюбивый, очень ответственный, но самое главное — целеустремленный человек. В каждом деле для нее важен результат. Думаю, что в будущем она сможет организовать лабораторию. Методы математического моделирования, которые Дарья использует в своих исследованиях, с одной стороны, хорошо разработаны, а с другой — требуют совершенствования для каждого конкретного случая, что является интересной и важной задачей.
Справка
Дарья Рошаль закончила аспирантуру Южного федерального университета. Победитель студенческих физико-математических олимпиад и международных научных конференций. Автор 12 научных статей в престижных зарубежных журналах. Являлась исполнителем 3 успешно завершенных грантов РФФИ и одного гранта Российского научного фонда (РНФ). Сейчас руководит грантом РНФ «Сравнительная топология нормального и ракового эпителия» (№ 22-72-00128) и является исполнителем в еще одном гранте РНФ.
