В ИТМО открыли мобильную лабораторию для создания искусственного сердца
В ИТМО создали первую в России мобильную лабораторию-куб для работы с клетками. В ней будут выращивать клеточные культуры, создавать базы данных и проводить передовые исследования в области тканевой инженерии с помощью искусственного интеллекта. В перспективе ученые ИТМО планируют выращивать клетки миокарда, чтобы создать полноценное искусственное сердце.
Для работы с клетками нужны особенные условия: чистота, определенный уровень температуры и влажности. Чтобы их поддерживать, существуют культуральные боксы, оснащенные специальным оборудованием. Обычно это стационарные конструкции, которые размещают прямо в стенах лаборатории, поэтому их невозможно транспортировать.
В ИТМО разработали универсальную мобильную лабораторию, которая подойдет для работы с любыми клетками: бактериальными (безъядерными) и эукариотическими (ядерными). Это куб 3×3х3м ― легкий, прозрачный, автономный, недорогой, его можно свободно перемещать и адаптировать под различные научные задачи. В нем установлены дополнительная система вентиляции и стерилизации (HEPA-фильтры задерживают все частицы и бактерии в воздухе), ламинарный шкаф (для стерильной работы), микроскоп, СО2-инкубатор (углекислый газ, повышенная влажность, температура 37,7 градусов ― необходимые условия для работы с ядерными клетками) и вспомогательное оборудование ― водяная баня, центрифуга, холодильник.
В кубе также есть роборука, которая заменяет лаборанта и самостоятельно проводит манипуляции с клетками. Сейчас она работает под контролем человека, который приносит растворы и расходники, а робот распределяет растворы по культуральным сосудам. Контроль за состоянием клеток ведут с помощью микроскопа. Итоги эксперимента загружают в базу данных, алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) их проверяет и принимает решение о следующей серии образцов для исследований. Исследователи планируют полностью автоматизировать этот процесс.
«В лаборатории мы будем получать различные биополимеры, готовить образцы для исследований in vitro (в пробирке) и разрабатывать системы “орган на чипе”. Это специальные устройства для выращивания клеточных культур, они в миниатюре повторяют органы и ткани, ― объясняет Екатерина Шишацкая, руководитель проекта, профессор НОЦ Инфохимии ИТМО. ― С помощью таких систем будем подбирать материалы и «тренировать» клетки, заставлять их сокращаться подобно миокарду, мышечной сердечной ткани. Это важно для нашей глобальной цели ― в перспективе создать полноценную искусственную ткань сердца».
Пока автоматизирована только часть операций куба. В будущем наблюдать за ростом клеток можно будет дистанционно — при помощи специальных систем. Ученые будут формировать с помощью ИИ базы данных на основе клеточных реакций на различные материалы. Эти данные будут использованы в исследованиях в области регенеративной медицины, клеточной биологии и материаловедении. Кроме того, мобильная лаборатория-куб пригодится в образовательных целях.
«Один из вызовов в материаловедении сегодня — это сбор и систематизация данных. Для этого мы будем использовать гражданскую науку: с помощью нашей лаборатории школьники смогут не просто знакомиться с подходами в материаловедении, но и собирать данные. Эти данные мы сможем использовать во фронтирных исследованиях, чтобы предсказывать поведение сложных систем и материалов для программирования состояния эукариотических и бактериальных культур», — подчеркивает Екатерина Скорб, профессор, директор научно-образовательного центра инфохимии ИТМО.
В проекте принимают участие также исследователи Сибирского федерального университета, Фонда инфраструктурных и образовательных программ и «Научно-производственного объединения Пролаб».