Карабачинский, Александр Леонидович, родился 16.11.1945 в городе Пскове. Закончил среднюю школу № 8 в 1964 году с золотой медалью. В 1964 году поступил и в 1970 году закончил факультет «Приборостроение» (специальность «Математические и счётно-решающие устройства (Вычислительная техника)») МВТУ им. Н.Э. Баумана. С 1969 по 1970 года работал в ЦКБМ. С 1971 по 1977 год состоял на действительной военной службе в ВС СССР. В 1977 году поступил и в 1980 году закончил механико-математический факультет (специальность «Математика») МГУ им. М.В. Ломоносова. С 1978 по 1984 год работал в должности м.н.с. в лаборатории математического моделирования экспериментального отделения Института Сердечно-Сосудистой Хирургии им. А.Н. Бакулева АМН СССР. С 1984 по 1990 год работал в должности м.н.с. на кафедре «Биомедицинские приборы и системы» (РЛ-7) МВТУ им. Н.Э. Баумана. С 1991 по 2014 год работал в должности старшего преподавателя на кафедре «Биомедицинские приборы и компьютерные технологии» (ПР-3) МГУПИ.
Осуществил успешное научное руководство выполнением и защитой дипломных работ 60 студентов. Читал лекции по ряду спецкурсов, вёл научную работу. В настоящее время работает над диссертацией на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Ведёт научно-исследовательскую работу в нескольких проектах. С 18.10.2016 по 01.06.2017 работал в должности педагога дополнительного образования в ГБОУ г. Москвы «Школа № 1021» по подготовке учащихся 11-го класса к сдаче ЕГЭ по математике и физике, а также по подготовке к математическим олимпиадам. Работает в качестве репетитора по математике, IT, физике в ассоциациях repetit.ru и repetitors.info (profi.ru). В период с 18 октября 2017 год по 30 июня 2018 год работал преподавателем и руководителем проекта в IT-колледже «МИРБИС».
За время работы Карабачинский А.Л. опубликовал свыше 30 научных статей. В настоящее время Карабачинский А.Л. работает над диссертацией на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук в качестве соискателя на механико-математическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. В 1990 году награждён золотой медалью Международной выставки интеллектуальной и промышленной собственности и инноваций «АРХИМЕД» за разработку комплекса для физиотерапии. Знание иностранных языков: английский и немецкий – читает и переводит со словарём научную, техническую и художественную литературу, может изъясняться.
Область научных интересов: дифференциальные уравнения, группы и алгебры Ли, случайные процессы. Математическое моделирование возбудимых сред, открытых квантовых систем, физико-химических процессов в многофазных средах. Исследования и разработки математических моделей биообъектов и информационно – управляющих систем в биомедицинских технологиях.
Некоторое время назад Вы и Ваш коллектив провели эксперимент, заключающийся в управлении дифференцировкой стволовых клеток в клетки миокарда и описали математическую модель этого процесса. Расскажите, пожалуйста, об этом эксперименте, ведь эта тематика занимает многих современных биологов и математиков.
Мотивация создания искусственных органов проста, понятна – организм человека изнашивается – в соответствии с программой апоптоза, а человек, как личность, зачастую хочет жить долго и при этом хочет быть здоровым, – активным, соответственно. Проблема создания искусственных органов имеет непустое пересечение с проблемами трансплантологии. Это, прежде всего, проблемы отторжения пересаженных органов донора организмом реципиента, – проблемы иммунного ответа.
Для решения этих проблем в Экспериментальном Отделении НИИ Трансплантологии и Искусственных Органов им. В.И. Шумакова МЗ РФ исследуются, разрабатываются и внедряются в клинику технологии аутотрансплантации прогениторных, плюрипотентных клеток, а также трансплантации стволовых клеток. Клетки для аутотрансплантации забирались у пациента, например, из костного мозга и проходили дифференцировку в биореакторе (ферментёре), – в питательной среде. Затем они пересаживались этому же пациенту во время операции в операционное поле, – например, в зону инфаркта при операции на миокарде.
Согласно данным руководителя исследовательской группы Крашенинникова М.Е. (Экспериментальное Отделение ЦНИИ ТИО, научный руководитель – профессор Онищенко Н.А.), клетки в биореакторе при дифференцировке приобретали свойства пейсмейкеров. Питательная среда биореактора и подложка для клеток были неподвижны. Через эту среду пропускался кислород. В 2005 году мы (А.Л. Карабачинский, Г.В. Степанов, Д.А. Семеренко ) предложили М.Е. Крашенинникову проводить выращивание и дифференцировку клеток с последующим морфогенезом для аутотрансплантации на подвижной мембране из магнитоэластика (МЭ) под воздействием переменного электромагнитного поля (ЭМП) и магнитного поля магнитоэластика (МЭ).
В эксперименте использовались магнитоэластические материалы. Расскажите, пожалуйста, что это такое и каким будет их применение в регенеративной медицине и биофабрикации.
Магнитоэластик (МЭ) представляет собой прочную, сильно растяжимую – упруго деформируемую плёнку из полимера с распределёнными в нём микро и наночастицами ферромагнетика – магнитными доменами. Подвижная мембрана из МЭ совершает колебания под воздействием переменного электромагнитного поля (ЭМП) соленоида, которые воздействуют совместно с переменным ЭМП и магнитным полем МЭ на метаболизм клеток, стимулируя их дифференцировку и морфогенез. Клетки в питательной среде расположены на мембране из магнитоэластика (МЭ). Магнитоэластик (МЭ) был разработан и изготовлен Степановым Г.В. и его лабораторией в Государственном Научно – Исследовательском Институте Химической Технологии и Элементо – Органических Соединений (ГНИИХТЭОС).
М.Е. Крашенинников принял наше предложение. Мы создали математическую модель процесса и соответствующую экспериментальную установку и провели в 2006 – 2010 годах под руководством М.Е. Крашенинникова серию экспериментов с клетками. В экспериментах участвовал Самсонов М. – студент дипломник МГУПИ. В результате мы получили упорядоченную структуру клеток, ориентированных в соответствии со сдвиговыми напряжениями и деформациями подвижной мембраны из МЭ. Предполагается также, что эти факторы, – колебания мембраны из МЭ в сочетании с воздействием переменным электромагнитным полем (ЭМП), – стимулируют дифференцировку клеток в кардиомиоциты, более того, формируют у них свойства пейсмейкеров. Также стимулируется морфогенез клеточных упорядоченных структур на этой подвижной мембране из МЭ.
Поэтому данная технология может быть применена для операций на проводящей системе миокарда при нарушениях ритма сердца. Очаги и зоны нарушения ритма сердца перед пересадкой дифференцированных клеток можно блокировать, перестраивать с помощью фонофореза ультразвуком – направленного транспорта норадреналина, например. Соответствующие эксперименты на синусном узле миокарда экспериментальных животных (кролики, собаки) производились в 1994 – 1996 годах А.Л. Карабачинским и Г.К. Чижовым в Московском Медицинском Институте им. Н.И. Пирогова.
Известно, что клетки в ходе эмбрионального развития кроме прочего очень зависимы от “механических факторов морфогенеза” – клетки двигаются сами, двигают друг друга и в конечном итоге образуют анатомические структуры. Возможно ли управлением движения магнитоэластической среды получить прототип какого-либо органа или ткани?
Идея выращивания и дифференцировки клеток в подвижной среде проста: подвижная питательная среда в сочетании с воздействием ферментов (энзимов), других биохимических факторов, акустических полей, биосовместимых переменных электромагнитных полей, в частности, в низкочастотном (НЧ), крайне высокочастотном (КВЧ) и оптическом диапазоне (лазер) воссоздаёт и усиливает природные факторы пролиферации, дифференцировки и морфогенеза клеток как в процессе эмбриогенеза, так и в процессе дальнейшего онтогенеза. Разработанная и исследованная нами технология представляется перспективной. Данная работа была частично поддержана грантом ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» НК-372П-1 (П1714). Были опубликованы 2 статьи в научном сборнике и журнале. В настоящее время инициатором возобновления этой работы выступил Кириченко А.В. (Институт Машиноведения РАН), который пришёл независимо от нас к аналогичным идеям. В частности, А.В. Кириченко выдвинул идею создания пространственных 3D – клеточных структур мышц (искусственного морфогенеза) с помощью 3D – биопринтинга.
Каким Вы видите развитие этого метода управления искусственным морфогенезом в перспективе, может, даже в далекой?
1. Создание искусственных тканей и органов в целом в биореакторе (ферментёре), – в среде из биоразлагаемого геля, являющегося одновременно питательной средой для клеток, выращенных и дифференцированных на подвижной мембране из МЭ под воздействием переменного электромагнитного поля (ЭМП) в области низких и инфранизких частот биологического диапазона, в КВЧ-диапазоне, а также лазерного излучения. Большое значение при этом имеет не только частота сигнала воздействия, но и частота сеансов воздействия на данными физическими полями. Т.к. эти частоты должны быть синхронизированы, – быть в резонансе, или кратны, частотам энергетического метаболизма клеток, т.е. соответствовать спектру их биоритмов.
2. Более интересным, перспективным представляется выращивание (морфогенез) искусственных органов в естественной среде старых органов с помощью массовой пересадки (клеточной аутотрансплантации) в них дифференцированных клеток и тканей, выращенных на подвижной мембране из МЭ в биореакторе. Именно массовая, распределённая пересадка клеточного материала и тканей в старый орган (миокард, печень, почки, спинной и головной мозг) необходима потому, что в силу апоптоза митохондрий старых клеток при периодическом их обновлении на их месте появляются клетки, также содержащие в митохондриях генетически обусловленную, включённую программу апоптоза. В пересаженных клетках эта программа апоптоза не включена. Возможно, в условиях искусственного морфогенеза необходимо осуществить адресную доставку препаратов, содержащих «ионы В.П. Скулачёва» в места аутотрансплантации клеток и тканей. Для стимуляции пейсмекерных клеток, пересаженных в правое предсердие миокарда, необходимо подключение электрокардиостимуляторов (ЭКС), а также бесконтактное воздействие на эти зоны переменного электромагнитного поля (ЭМП). Аналогично, электромагнитная, лазерная нейростимуляция (ЭМЛНС) должна осуществляться при пересадке клеточного материала в зоны головного и (или) спинного мозга.
3. Создание искусственного желудочка сердца (ИЖС) и аппаратуры искусственного кровообращения (АИК) с помощью 3D – биопринтинга, биосовместимых с форменными элементами крови в режиме экстракорпорального кровообращения. В стенки ИЖС и АИК необходимо встроить распределённые сети электромагнитных стимуляторов под управлением микроконтроллеров для стимуляции форменных элементов крови. Т.к. миокард имеет не только насосные функции, но и является генератором электрического и магнитного поля. Т.е. формирует электрические и магнитные диполи, например, в эритроцитах для сборки «монетных столбиков» при электроадгезии, стимуляции кислородного обмена и поддержания гомеостаза.
Все предлагаемые технологии должны содержать программно реализованные математические модели, осуществляющие идентификацию и управление процессами морфогенеза искусственных органов.
Интервью: Алексей Кириченко
