Nano amžiaus renesanso moteris

Būdama Harvardo-MIT Sveikatos mokslų ir technologijų skyriaus absolventė, Sangeeta Bhatia sugalvojo būdą, kaip išlaikyti kepenų ląsteles gyvas už kūno ribų ir palaikyti jų funkciją kelias savaites. Dirbdama su mikromedžiagais paviršiais, panašiais į tuos, kurie naudojami kompiuterių lustams, ji sudėliojo smulkias ląsteles juostelių ir taškų raštais. Pridėjus maistinių medžiagų ir kitų ląstelių tipų, ji pasiekė architektūrą, kuri privertė ląstelių kolekciją veikti kaip mažos kepenėlės, metabolizuoja vaistus ir gamina baltymus. Jos proveržio modelis ir jo įpėdiniai leido Bhatia, dabar MIT bioinžinerijos profesoriui, ištirti vaistų toksiškumą ir metabolizmą, taip pat daugybę ligų, turinčių įtakos kepenims.

Ji neapsiribojo sakydama: „Galiu užauginti kai kurias ląsteles lėkštelėje ir jos funkcionuoja geriau“, – sako Kalifornijos universiteto San Franciske Bioinžinerijos ir terapijos mokslų katedros profesorius Tejalas Desai. Vietoj to ji pastūmėjo mūsų supratimą nuo pagrindinio mokslo iki klinikinio pritaikymo. Ji pažymi, kad farmacijos įmonės visame pasaulyje naudoja prietaisą, pagrįstą Bhatia mikrokepeniais, kad patikrintų galimų vaistų toksiškumą ir ištirtų, kaip jie metabolizuojami.

Ši istorija buvo mūsų 2016 m. kovo mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Bhatia laboratorija taip pat dirba su projektais, kuriais siekiama naudoti tikslines nanodaleles vėžiui diagnozuoti ir gydyti. Netgi tarpdisciplininiu darbu žinomoje srityje ji turi neįprastų įgūdžių integruoti idėjas iš įvairių sričių, įskaitant jutiklių technologijas, cheminę biologiją, nanotechnologijas ir inžineriją, sako Desai.

Bhatia gimė Bostone, imigrantų tėvams. Jos motina, anot jos, buvo viena pirmųjų moterų MBA Indijoje. Jos tėvas buvo inžinierius. Tradiciškai Bhatia tėvai manė, kad jų dukrai priimtinos trys darbo vietos yra inžinierius, gydytojas ir verslininkas. Dabar jie juokiasi iš to, kad, kaip ji sako, aš tapau visi trys. (Tiesą sakant, vien oficialūs Bhatia titulai MIT praplečia vizitinės kortelės ribas: ji yra Daugiasluoksnių regeneracinių technologijų laboratorijos direktorė, John J. ir Dorothy Wilson sveikatos mokslų ir technologijų bei elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo profesorė ir Medicinos inžinerijos ir mokslo instituto, ir Kocho integruotųjų vėžio tyrimų instituto narė. Ir tai jau nekalbant apie jos ryšius su Broad Institute, Howard Hughes medicinos institutu, Ludwig molekulinės onkologijos centru, Harvardo kamieninių ląstelių institutu ir Brighamo ir moterų ligoninė.)

Iš viršaus į kairę į dešinę: 1. Kepenų ląstelės (raudonos), apsuptos 3-D kraujagyslių ląstelių gardelės (žalia), modeliuoja žmogaus audinių mikroskopinę struktūrą. 2. Popierinės testo juostelės, kurios veikia kaip nėštumo testas, atskleidžia baltymų, susijusių su pelių vėžiu, buvimą. 3. Šios ląstelės, kurias Bhatia grupė sukūrė iš perprogramuotų odos ląstelių, yra žingsnis kuriant funkcines žmogaus kepenų ląsteles. 4. Bhatia ir UCSD atstovas Jeffas Hasty sukūrė šias bakterijas, kad išleistų fluorescencinio baltymo pliūpsnį. Jų tikslas yra priversti bakterijas išleisti vaistus navikuose. 5. Jei hidrogelio sferos gali būti įstrigusios mikroskysčių kameroje esančiose matricose, jos gali apklijuoti kepenų ląsteles, kad būtų galima naudoti vaistų tyrimuose. 6. 2011 metais Bhatia laboratorija paskelbė apie šios mikrokepenėlės, kurios gali būti implantuojamos gyvūnams, sukūrimą.

Iš viršaus į kairę į dešinę: 1. Kepenų ląstelės (raudonos), apsuptos 3-D kraujagyslių ląstelių gardelės (žalia), modeliuoja žmogaus audinių mikroskopinę struktūrą. 2. Popierinės testo juostelės, kurios veikia kaip nėštumo testas, atskleidžia baltymų, susijusių su pelių vėžiu, buvimą. 3. Šios ląstelės, kurias Bhatia grupė sukūrė iš perprogramuotų odos ląstelių, yra žingsnis kuriant funkcines žmogaus kepenų ląsteles. 4. Bhatia ir UCSD atstovas Jeffas Hasty sukūrė šias bakterijas, kad išleistų fluorescencinio baltymo pliūpsnį. Jų tikslas yra priversti bakterijas išleisti vaistus navikuose. 5. Jei hidrogelio sferos gali būti įstrigusios mikroskysčių kameroje esančiose matricose, jos gali apklijuoti kepenų ląsteles, kad būtų galima naudoti vaistų tyrimuose. 6. 2011 metais Bhatia laboratorija paskelbė apie šios mikrokepenėlės, kurios gali būti implantuojamos gyvūnams, sukūrimą.

Iš viršaus į kairę į dešinę: 1. Kepenų ląstelės (raudonos), apsuptos 3-D kraujagyslių ląstelių gardelės (žalia), modeliuoja žmogaus audinių mikroskopinę struktūrą. 2. Popierinės testo juostelės, kurios veikia kaip nėštumo testas, atskleidžia baltymų, susijusių su pelių vėžiu, buvimą. 3. Šios ląstelės, kurias Bhatia grupė sukūrė iš perprogramuotų odos ląstelių, yra žingsnis kuriant funkcines žmogaus kepenų ląsteles. 4. Bhatia ir UCSD atstovas Jeffas Hasty sukūrė šias bakterijas, kad išleistų fluorescencinio baltymo pliūpsnį. Jų tikslas yra priversti bakterijas išleisti vaistus navikuose. 5. Jei hidrogelio sferos gali būti įstrigusios mikroskysčių kameroje esančiose matricose, jos gali apklijuoti kepenų ląsteles, kad būtų galima naudoti vaistų tyrimuose. 6. 2011 metais Bhatia laboratorija paskelbė apie šios mikrokepenėlės, kurios gali būti implantuojamos gyvūnams, sukūrimą.

Nuo pat mažens Bhatia buvo natūrali meistrė. Kartą ji išardė sugedusį šeimos atsakiklį, nusprendė, kad kelios dalys atrodo netinkamos, ir vėl sujungė, atkurdama jo funkciją. Vidurinėje mokykloje ji patraukė į biologiją, o tėvas paskatino ją pagalvoti apie biomedicinos inžineriją, kuri tuomet buvo besiformuojanti sritis. Mokydamasis koledže Browno universitete Bhatia tyrinėjo nervų regeneracijos darbus, džiaugdamasis galėdamas sutelkti dėmesį į projektus, kuriais siekiama skatinti sveikatą.

1991 m., po trumpo darbo farmacijos įmonėje, Bhatia įstojo į MIT mechanikos inžinerijos programą. Ji grįžo į vidurinę mokyklą, prisimena ji, nes jos darbas farmacijos srityje atrodė per toli nuo žmogaus sąsajos. Galiausiai ji prisijungs prie Mehmeto Tonerio, SM '85, PhD '89, jauno biomedicinos inžinieriaus Mass. Generalinės ligoninės chirurgijos skyriuje, kurio entuziazmas mane tiesiog pribloškė, sako ji. Tonerio tikslas buvo sukurti prietaisą, analogišką dializės aparatui pacientams, sergantiems ūminiu kepenų nepakankamumu: aparate esančios kepenų ląstelės apdorotų pacientų kraują prieš grąžindamos jį į organizmą. Bhatia iššūkis buvo rasti būdą, kaip išlaikyti ląsteles mechaninėje kasetėje.

Tai pasirodė sunku. Dirbdama su gyvūnų ląstelėmis, Bhatia bandė iš naujo sukurti kepenų architektūrą, sudėliodama jas ant vandenį pritraukiančių ir vandenį atstumiančių paviršių modelio. Tačiau po dvejų metų nesėkmingų pastangų ji suprato, kad atsidūrė aklavietėje. Ji sako, kad tai tiesiog neįvyks. Klasės draugo pasiūlyta ji galiausiai susivienijo su MIT mikrogamybos įmone, kuri iki tol daugiausia dėmesio skyrė kompiuterių lustų gamybai. Bhatia projektas, apimantis lustą ląstelių tyrimui, buvo vienas iš pirmųjų tokio pobūdžio MIT.

Stengiuosi būti gana atvira apie gyvenimą, vaikus ir naudingą karjerą, todėl tikiuosi, kad moterys norės tai pasirinkti.

Iki to laiko Bhatia buvo įtraukta į Harvardo-MIT Sveikatos mokslų ir technologijų skyrių. (Ji perėjo, nes pirmą kartą buvo atmesta iš programos, ji prisimena su niūria šypsena.) Vykdydama HST programą, ji lankė medicinos mokyklos pamokas ir įsimylėjo žmogaus kūną. Ji nusprendė baigti medicinos mokslų daktaro laipsnį, bet negalėjo atsispirti ir savo skrybėlę išmesti į ringą dėl mokslinių tyrimų galimybių; ir trečiaisiais medicinos mokyklos metais ji gavo pasiūlymą iš Kalifornijos universiteto San Diege prisijungti prie fakulteto. Pažymėtina, kad Bhatia baigė ketvirtus medicinos mokyklos metus San Diege, imdamasi jaunesniojo profesoriaus pareigų. Dieną dirbau ligoninėje, darydavau rotacijas, o naktį įrengdavau laboratoriją, sako ji. Ir nors kadencijos laikrodis tiksėjo metus, kol ji galėjo visiškai atsiduoti moksliniams tyrimams, 2002 m. ji buvo paskirta UCSD docente.

Tačiau po kelerių metų ji buvo pasirengusi grįžti į rytinę pakrantę. Ji ir jos vyras Jagesh Shah, SM '95, PhD '99, su kuriuo susipažino pirmą dieną HST ir kuris persikėlė su ja į Kaliforniją, 2003 m. susilaukė dukters. Gyvenimas arčiau šeimos Bostone. ir Torontas tapo prioritetu: tai buvo didelė gyvenimo dalis, kurios visada norėjau, sako ji. Taigi ji ir Shah atliko bendrą paiešką, pretenduodami į pareigas kartu arba kaimyninėse institucijose. Gavę dvynių pasiūlymų iš MIT ir Harvardo, jie persikėlė į Bostono rajoną 2005 m.

Bhatia, būdama ketverių, žaidžia skaičiuotuvu savo motinos kabinete.

Tuo tarpu Bhatia darbas su mikrokepenimis augo į priekį. Ji pradėjo naudoti žmonių, o ne gyvūnų ląsteles, o atlikdama svarbiausius eksperimentus ji parodė, kad jos sistema gali pažymėti farmacinius junginius, kurie gali kelti pavojų žmonėms. Pavyzdžiui, vaistas, vadinamas fialuridinu, kuris dešimtajame dešimtmetyje buvo ištirtas kaip hepatito B gydymas, buvo išbandytas su gyvūnais ir nesukėlė susirūpinimo dėl saugumo. Tačiau klinikinių tyrimų metu penkiems asmenims tai sukėlė kepenų nepakankamumą ir mirtį. Bhatia parodė, kad jos sistema būtų identifikavusi fialuridiną kaip nesaugų. 2008 m. ji įkūrė bendrovę Hepregen, kuri gamina kepenų lusto prietaisą ir platina jį farmacijos įmonėms. Šiandien daugiau nei 40 įmonių visame pasaulyje naudoja Bhatia metodą, kad patikrintų vaistų saugumą kepenų ląstelėse prieš atlikdamos klinikinius tyrimus. Ji sako, kad galime pasigauti narkotikų, kurių kitaip nebūtų galima sugauti taip anksti. Bhatia ir kolegos taip pat naudojo savo modelius tirdami ligas, paveikiančias kepenis, tokias kaip hepatitas C, hepatitas B ir maliarija.

Saulėtą spalio popietę vienoje iš šešių savo laboratorijos kambarių Bhatia rodo į mažas šiukšliadėžes, kuriose ji ir jos komanda laiko maliarinius uodus, užkrėstus krauju, kurį laboratorijos HST absolventas Nil Gural surinko iš pacientų Tailande. Norėdami atlikti tyrimus, Gural ir kiti nupjauna uodams galvas ir pašalina jų seilių liaukas, kuriose yra parazitų. Tada jie prideda šiuos parazitus į kepenų ląstelių kultūrą. Jų tikslas yra stebėti infekcijos eigą ir konkrečiai ištirti, kas atsitinka, kai parazitas tampa ramus, o tai paprastai nutinka maždaug po trijų savaičių. Taip maliarija slepiasi kepenyse, aiškina Bhatia, ir tai tikriausiai yra didžiausia kliūtis išnaikinti ligą, kai ji įsitvirtina organizme. Neveikiančią parazito formą mokslininkams taip pat buvo sudėtinga ištirti, nes kepenų ląsteles taip sunku išlaikyti gyvas už kūno ribų. Tačiau nuo 2009 m. Bhatia grupė naudojo savo modelio sistemą, kurioje kepenų ląstelės gali išgyventi iki mėnesio, kad ištirtų procesą, kurio metu parazitas tampa neaktyvus. Galiausiai, Bhatia tikisi, šis darbas parodys, kaip tiksliai pacientams vėl suaktyvėja ramybės būsenos patogenas. Ji taip pat tikisi, kad tai padės mokslininkams išbandyti vaistus, kuriais siekiama visiškai sunaikinti parazitą.

Kitur laboratorijoje daugybė įrangos patvirtina Bhatia tyrimų programos platumą. Yra 3D spausdintuvas prototipams kurti, anestezijos skyrius mažiems gyvūnams ir magnetinis robotas, naudojamas magnetinėms nanodalelėms levituoti. Tai Maggie, sako ji, meiliai glostydama ilgą roboto ranką. Be darbo su kepenimis, Bhatia grupė, esanti Kocho integruotų vėžio tyrimų institute, tiria būdus, kaip nukreipti nanomedžiagas į navikus, kad būtų galima atvaizduoti, diagnozuoti ir galiausiai gydyti vėžį. Šia galimybe Bhatia domėjosi nuo pat jos karjeros pradžios. 2000 m. ji pradėjo bendradarbiauti su vėžio tyrinėtoju Erkki Ruoslahti iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje, kuris sukūrė peptidus, kurie jungiasi prie naviko kraujagyslių gaminamų žymenų. Šie peptidai gali būti pritvirtinti prie įvairių medžiagų paviršių, kad galėtų apsisaugoti nuo navikų. Bhatia ir Ruoslahti taip pat glaudžiai bendradarbiavo su medžiagų mokslininku Michaelu Sailoru iš UCSD. Viename projekte grupė daugiausia dėmesio skyrė kontrastinių medžiagų nukreipimui į navikus, kad patobulintų vaizdo gavimo technologijas. Naudojant jų technologiją, tokios medžiagos kaip geležies oksido nanodalelės, naudojamos magnetinio rezonanso tomografijoje, patektų tiesiai į vėžį, todėl chirurgas galėtų aiškiau pamatyti, ar, tarkime, limfmazgis nebuvo įsiskverbęs į ligas.

Bhatia pasakoja apie vėžio diagnostiką TEDMED 2015 m.

Per daugelį metų Bhatia, Sailor ir Ruoslahti tęsė vaisingą bendradarbiavimą. Mes buvome trijų krypčių komanda, sako Sailor ir priduria, kad jis ir Bhatia iš karto smogė ir sugalvojo tuziną galimų projektų, kai pirmą kartą susitiko dešimtojo dešimtmečio pabaigoje. Naujausiame darbe komanda daugiausia dėmesio skyrė nanomedžiagų nukreipimui į navikus, kurie metastazuoja. Jie pristatė peptidus, kuriuos supjaustys navikų fermentai ir kurie taip pat gamins fluorescenciją. Ir nors pradinis tikslas buvo išryškinti auglį atliekant MRT, jie netrukus pastebėjo, kad kiekvieno vėžiu sergančio gyvūno šlapimo pūslė šviečia fluorescencija, sako Bhatia. Kaip paaiškėjo, medžiagų sąveikos su fermentais būdas sukūrė mažą fluorescencinį biomarkerį, kuris patenka į inkstus ir išsiskiria su šlapimu. Mes turėjome didelę „Aha“ akimirką, kai supratome, kad MRT aparato mums visai nereikia, sako Bhatia. Vietoj to, jie galėjo tiesiog ištirti šlapimą, kad būtų galima nustatyti vėžio biologinius žymenis. Atlikdama papildomą darbą, komanda žaidė keliais būdais, kaip šiuos žymenis buvo galima aptikti šlapime. Pavyzdžiui, jie sukūrė popierinį testą, panašų į nėštumo metu naudojamą testą, galintį parodyti navikų buvimą. Neseniai Bhatia įkūrė bendrovę „Glympse Bio“, kurios tikslas buvo komercializuoti šią technologiją. Galiausiai tikslas būtų sukurti priemones ankstyvos stadijos vėžiui aptikti. Nors ji tokias priemones apibūdina kaip svajonę ir įspėja, kad jos dar toli, ji tikisi, kad vieną dieną jie gali apimti organų specifinius tyrimus, analogiškus krūties vėžio mamografijai arba storosios žarnos vėžio kolonoskopijai, kurie vėžį aptiktų anksčiau nei dabar. bandymai būtų pajėgūs.

Dauguma Bhatia projektų, susijusių su nanomedžiagų panaudojimu medicinoje, buvo susiję su medžiagų suleidimu į gyvūnus. Tačiau praėjusiais metais jos laboratorija ir UCSD bendradarbiai taip pat rado naują būdą pristatyti šias vėžį aptinkančias medžiagas: bakterijose, kurias galima vartoti jogurte . Kai šios modifikuotos bakterijos pateko į gyvūnų kūnus, šį kartą per virškinimo traktą, jos vėl įsitraukė į navikus ir sukūrė biomarkerius, kuriuos buvo galima aptikti šlapime. Šis metodas tikriausiai geriausiai tiks virškinimo trakto navikams, įskaitant gaubtinę žarną, nes jis yra ten, sako Bhatia. Tai taip pat gali būti naudinga nustatant kepenų navikus, nes maistinės medžiagos ir metabolitai tą organą pasiekia santykinai tiesiogiai. Kitame projekte Bhatia naudoja modifikuotas bakterijas vėžiui gydyti, o ne tiesiog diagnozuoti. Čia siekiama, kad bakterijos pašalintų navikus ir pristatytų molekules, kurios juos visiškai nužudytų. Mes tai vadiname savo programuojamu probiotikų projektu, sako ji.

47 metų Bhatia sukaupė įspūdingą pagyrimų ir apdovanojimų sąrašą, įskaitant Lemelson-MIT prizą, Packard stipendiją ir Heinzo apdovanojimą. Ji taip pat yra Amerikos menų ir mokslų akademijos bei Nacionalinės inžinerijos akademijos narė. Vis dėlto, net kai jos karjera sparčiai auga, ji atkreipia dėmesį į iššūkius, su kuriais susiduria moterys mokslininkės, ir skiria daug laiko kitų palaikymui. Kai pradėjau dirbti Browne [devintojo dešimtmečio viduryje], su geriausia drauge apsižvalgėme savo pirmakursių inžinierių klasėje ir pamatėme 50 procentų vyrų ir 50 procentų moterų ir pagalvojome: „Kas čia per triukšmas?“ – sako ji. Jie manė, kad tai tik laiko klausimas, kada moterys bus gerai atstovaujamos. Tačiau iki jos baigimo tik 16 procentų jos klasės inžinierių buvo moterys.

2013 m. Bhatia savo laboratorijoje tiria mikromedžiaginį liejimą, naudojamą maliarijos mikrokepenims gaminti.

Šį susidėvėjimą socialiniai mokslininkai vadina nesandariu vamzdynu. O Bhatia jau seniai buvo aistra sudominti mergaites mokslu ir būti aktyviu pavyzdžiu, skatinančiu jas to laikytis. Ji skyrė laiko (kartu su Shahu) organizuoti mokslo mugę jų dukterų pradinėje mokykloje keletą metų. Būdama abiturientė, ji padėjo pradėti programą, pavadintą Raktai į jaunimo įgalinimą , kuri kasmet į MIT atveda vidurinės mokyklos mergaites dalyvauti laboratoriniuose darbuose. Ši patirtis gali anksti sustiprinti jų pasitikėjimą, galbūt padidindama tikimybę, kad jie pasirinks studijuoti mokslą ir suteiks jiems atsparumo atkakliai siekti mokslinės karjeros. Ji taip pat stengiasi pasirodyti viešai matoma, ypač jaunoms moterims. Mano prigimtinis polinkis yra norėti būti laboratorijoje ir dirbti savo darbą, bet jaučiu, kad negali būti sektinas pavyzdys, jei žmonės tavęs nemato, sako ji. Pasirodymuose spaudoje ji atrodo pagrįsta ir palyginama, taip pat moksliškai rimta. A 2009 m Nauja profilis Pavyzdžiui, rodė, kaip dvi dukros su ja atlieka mokslinius eksperimentus virtuvėje, eina apsipirkti žaislų (bet ne Barbių) ir ryte šoka į lovą su ja ir jos vyru – tai retas žvilgsnis į asmeninį gyvenimą. vyresniojo mokslininko. Ji kalba apie savaitinius pasimatymus su Shah. O kolegijos draugė Theresia Gouw (dabar rizikos kapitalistė) patvirtina, kad Bhatia palaiko glaudžius ryšius su savo draugais; kasmetinis mergaičių savaitgalis paprastai apima apsipirkimą ir SPA. Stengiuosi būti gana atvira apie gyvenimą, vaikus ir naudingą karjerą, todėl tikiuosi, kad moterys norės tai pasirinkti, sako Bhatia.

Savo laboratorijoje ji taip pat puoselėja palaikančią intelektualinę draugystę. Ji puikiai kuria aplinką, kurioje žmonės iš tikrųjų nori padėti vieni kitiems ir bendradarbiauti, sako magistrantas Gural. Bhatia taip pat yra MIT moterų inžinierių draugijos patarėja ir moterų mokslininkių gynėja tiek MIT, tiek kitur. Man tai yra pareiga didinti informuotumą, sako ji ir nurodo nesąmoningą šališkumą prieš moteris mokslininkes samdant, paaukštinant pareigas ir kalbant apie problemą, kurios kai kurie mokslininkai vis dar gali nežinoti. Nacionaliniu mastu tik maždaug ketvirtadalį inžinerijos daktaro laipsnių įgyja moterys, maždaug 15 procentų inžinerijos fakulteto dėstytojų yra moterys ir tik nedidelė dalis technologijų pradedančių įmonių turi moteris įkūrėjas. Žmonės vis dar sako, kad tai laiko klausimas, o tai gerėja, sako ji. Bet aš gana nekantrus dėl linijos nuolydžio.

paslėpti