В ТУСУРе подвели итоги первого этапа работы над геномным принтером

Учёные и разработчики ТУСУРа подвели итоги первого этапа работы над проектом «Разработка технологии субмикролитрового дозирования жидкостей для задач инженерной биологии, создание и практическая апробация опытного образца системы автоматического синтеза олигонуклеотидов на её основе», которая выполняется консорциумом трёх томских университетов во главе с ТУСУРом, Институтом химической биологии и фундаментальной медицины, НИЦ «Курчатовский институт» и промышленным партнёром — АО «НПФ «Микран».

Первый этап работы коллектива, работающего над проектом, был посвящён разработке рекомендаций по техническим и технологическим требованиям к производительности разрабатываемого оборудования, а также параметрам синтезируемых материалов. В короткие сроки сотрудниками университета была выполнена разработка алгоритмов синтеза олигонуклеотидов, произведено математическое и компьютерное моделирование процесса синтеза. В результате изготовлены макеты ключевых функциональных узлов системы автоматического синтеза олигонуклеотидов и экспериментальная установка для отработки технологии прецизионного дозирования в задачах синтеза олигонуклеотидов.

«Главный вызов в создании геномного принтера обусловлен размерами материалов и тем, что с ними нужно делать, что создать. Казалось бы, все технологии печати уже известны, но когда переходишь из масштаба санти-, мили- и микрометров в наноразмеры, возникает масса амбициозных задач. И прежде всего — обеспечить необходимую точность, нужную повторяемость, контроль этих процессов», — комментирует директор департамента маркетинга и продаж АО «НПФ «Микран» Егор Ильин.

Основной узел геномного принтера — пьезоэлектрический дозатор. В России его не производят.

«Сейчас его разработка находится на начальном этапе: предложено несколько оригинальных конструкций, выполняется параллельное численное моделирование, отрабатываются технологии создания, бондирования, — рассказывает заведующий лабораторией аддитивных технологий и инженерной биологии ТУСУРа кандидат химических наук Руслан Гадиров. — Когда эти работы будут завершены, мы сможем изготовить любой дозатор для решения наших задач. Изначально мы заявляли субмикролитровые объёмы, но уже сейчас мы можем работать даже с субнанолитровыми объёмами (оптимальный объём капли для нас составляет сотни пиколитров)».

На первом этапе на помощь разработчикам приходят современные методы компьютерного моделирования.

«Мы не просто можем начертить модель и покрутить её в пространстве, но и посмотреть, как работает тот или иной узел. Например, сделать численное моделирование того, как электрический импульс воздействует на пьезокристаллы, как при этом формируется определённый объём капли, как она вылетает, отрывается, формируется сферическая форма. Очень творческий процесс», — делится Руслан Гадиров.

Для некоторых узлов проводится 3D-моделирование деталей в пластике, а уже одобренные отправляются в «Микран», где изготавливаются из металла. Конечно, в конечной версии узлы будут переработаны, но этот этап очень важен для оценки того, как это будет работать, насколько функционально. После будут внесены необходимые правки.

«Отработали основные функциональные узлы: достаточно хорошо сделали стробоскопическую систему, систему координатографа, отрабатываем систему фиксации и перемещения подложек», — перечисляет заведующий лабораторией.

Уже на данном этапе стало понятно, что в ходе реализации проекта может появиться целая линейка дополнительных продуктов, которые могут быть представлены в виде отдельных законченных изделий.

Большая поддержка в реализации проекта оказывается другими членами консорциума, возглавляемого ТУСУРом. Так, ТГУ и СибГМУ взяли на себя задачи, связанные с образовательным процессом.

«ТГУ также занимается созданием подложек, их функционализацией, чтобы на них можно было выполнять твердофазный синтез, — приводит пример Руслан Гадиров. — Активное взаимодействие идёт с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины: например, в направлении апробации на имеющемся у них оборудовании протоколов синтеза, которые нам необходимо адаптировать. Мы постоянно консультируемся с сотрудниками НИЦ «Курчатовский институт» — они дают очень дельные рекомендации».

Кроме того, в начале 2022 года ТУСУР выступил инициатором проведения открытых лекций, посвящённых генетическим технологиям, которые позволяют познакомить с современным состоянием и перспективами синтетической биологии широкую аудиторию слушателей, интересующихся этой тематикой.

Несмотря на то, что консорциум приступил к работе над геномным принтером лишь в октябре 2021 года, уже на данном этапе удалось создать научно-технологические заделы для медицины, сельского хозяйства и промышленности, обеспечить совершенствование мер предупреждения чрезвычайных ситуаций биологического характера и контроля в этой области.

Промышленный партнёр проекта также открыл для себя новое направление работы, которое рассматривает как перспективное.

«Биотех — это гринфилд-направление для «Микрана», которое будет развиваться. Мы в этой области прежде никогда не работали, но это такое направление, от которого у нас у всех по-хорошему вскипает мозг. Точно так же, как начало XX века можно назвать эпохой нефти и газа, а конец тысячелетия — эпохой IT, XXI век — начало развития биотехнологий. Мы находимся только на самом начальном этапе зарождения этого направления, но по всем прогнозам синтетическая биология будет расти огромными темпами, — отмечает Егор Ильин. — У этих технологий огромное количество практических приложений, и для этого будет требоваться всё более производительное, всё более изощрённое оборудование с применением новых систем обработки, анализа данных, систем контроля и т. д., — уверен Егор Ильин. — Мы рады, что благодаря ТУСУРу открыли для себя новый вектор развития компании, в котором, уверен, нас ждут крутые прорывные проекты».

На основе научно-технического задела, достигнутого в результате выполнения первого этапа, в рамках реализации исследовательской программы (2022 – 2024 гг.) будет разработан и изготовлен опытный образец системы автоматического синтеза олигонуклеотидов, обеспечивающий субмикролитровое разрешение синтеза.

Кроме этого, как отмечает директор департамента маркетинга и продаж «Микрана», в перспективе по итогам реализации данного проекта в Томске может появиться распределённый центр компетенций в области биотеха, в который войдут университеты, НИИ и высокотехнологичные компании.