Милые кости

Месяц назад ученые НИТУ «МИСиС» совместно с врачами ветеринарной клиники провели необычную операцию: вживили коту биомиметический гибридный протез трубчатой кости передней лапы. Биосовместимый имплантат имитирует архитектуру реальной кости: на вживляемую конструкцию «наращиваются» клетки самого пациента. До этого такое же протезирование сделали на бедренной кости собаки, а до этого — бесчисленному множеству лабораторных крыс и мышей. Исследования, которые привели к этому результату, в НИТУ «МИСиС» ведутся уже около 10 лет.

Разработкой биосовместимых конструкций и материалов занимаются специалисты по биоматериаловедению: эта дисциплина изучает взаимосвязь структуры и физико-механических свойств тканей, из которых состоят живые организмы. В новом учебном году НИТУ «МИСиС» запускает программу Integrated PhD с тремя образовательными траекториями: биоматериаловедение, квантовое материаловедение и аддитивные технологии для производственной отрасли. Направление «Биоматериаловедение» как раз и посвящено разработке искусственных биоматериалов, имплантируемых изделий, различных защитных конструкций и покрытий и тому подобного.

НИТУ «МИСиС» — один из ведущих вузов страны в области материаловедения: по результатам мирового рейтинга QS World University Rankings by Subject 2019 университет вошел в группу 101-150 лучших университетов мира по направлению Materials Science (с 2017 года университет поднялся из группы 251-300). Вместе с МГУ имени М. В. Ломоносова университет лидирует в России в этом направлении.

Обучение по программе Integrated PhD, первой в России интегрированной образовательной программе такого типа, рассчитано на пять лет: два года магистратуры и три года аспирантуры. Итогом двух лет обучения в магистратуре станет магистерская диссертация, а после получения степени магистра студент может сдать вступительные испытания и продолжить обучение в аспирантуре. Все необходимые образовательные компетенции студент получит уже на этапе магистратуры, а аспирантура учитывает бэкграунд поступившего и дает возможность получить именно те знания, которых ему не хватает для написания кандидатской диссертации. Задача программы — полностью совместить науку и образование, поэтому обучение ведется через научную деятельность.

«Мы позвали биологов, медиков и материаловедов — практиков научных институтов и исследовательских центров — и спросили, какими компетенциями должен обладать выпускник. По их ответам мы и построили карту компетенций», — рассказывает руководитель программы по профилю «Биоматериаловедение», кандидат физико-математических наук Федор Сенатов.

Специалист, прошедший обучение, должен уметь не только разрабатывать имплантаты, обладающие заданным набором параметров, — исследователю необходимо также уметь представлять результаты своих изысканий на русском и английском языках и работать с патентами. Для этого среди дисциплин предусмотрены академическое письмо и патентное право. Кроме того, студенту будет полезно узнать основы предпринимательской деятельности и научиться оценивать экономическую составляющую планируемой разработки. Занятия проходят на русском языке, на английском языке предусмотрены лишь гостевые лекции.

Основное внимание уделяется непосредственно разработке имплантатов: студентов научат проектировать материалы и прототипы для них, разрабатывать биоинженерные конструкции и экспериментально оценивать корректность готовых прототипов. Планы модулей программы составили ученые, ведущие конкретные направления: например, за биомиметические материалы и «умные» биоматериалы отвечает в том числе директор Института новых материалов и нанотехнологий Сергей Калошкин (индекс Хирша по Scopus 26), а за тераностику — Максим Абакумов, заведующий лабораторией «Биомедицинские материалы» НИТУ «МИСиС».

Не менее 65 процентов времени обучения будет проводиться в научных группах в лабораториях. «Когда студент приходит в хорошую лабораторию, он общается с другими аспирантами, постдоками, коллегами и много чего нужного для себя получает через живое общение, — отмечает Федор Сенатов. — Мы поняли, что обучение в рамках лаборатории очень эффективно и надо сделать сдвиг в эту область». Кстати, уже сейчас студенты и аспиранты других программ активно работают над проектом по разработке биомиметических имплантатов: по словам Сенатова, все образцы имплантатов для своих медико-биологических экспериментов сделали студенты НИТУ «МИСиС».

В зависимости от интересующего его направления поступающий указывает ученых, с которыми он хотел бы вести исследовательскую работу. У каждого абитуриента есть возможность пообщаться с потенциальным научным руководителем заранее и задать ему вопросы. Ученые же, в свою очередь, могут узнать о научных предпочтениях будущих студентов и посоветовать, какие направления могли бы быть им полезными. Учебный план корректируется индивидуально для каждого студента исходя из его научных интересов, а собственные исследования приветствуются и всесторонне поддерживаются. Кроме того, студенты будут выполнять командные проектные задания для предприятий — партнеров программы. Каждый студент работает в одной из пяти команд, однако в течение первого семестра обязательно выполнение заданий и в других лабораториях.

Integrated PhD предусматривает возможность академической мобильности: на основе конкурсного отбора студенты могут получить поддержку для временного обучения в ведущих университетах и исследовательских центрах мира, в числе которых, например, Оксфордский университет, Технический университет Дортмунда, Туринский политехнический университет и Венский университет природных ресурсов и прикладных наук.

Обязательный элемент программы Integrated PhD — прохождение стажировки. Сеть партнерских организаций университета включает, в частности, Научно-исследовательский центр онкологии имени Н. Н. Блохина, НИЦ травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова, Институт физиологически активных веществ РАН и Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии.

Помимо стажировок, учебный план предусматривает экскурсии на производство, в клиники и лаборатории компаний-партнеров. Студенты смогут присутствовать при установке имплантатов, познакомиться с техническими возможностями производств по созданию систем, имплантируемых в человека, и так далее.

Таким образом, студенты программы Integrated Phd смогут заниматься практической исследовательской деятельностью с первых дней обучения. Их ждет разработка полимерных и композиционных материалов, биосовместимых сплавов с памятью формы для медицинских имплантатов, биосовместимых и биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом, наночастиц для диагностики и лечения онкологических заболеваний и многое другое.

Алена Кудлаева

А теперь пара вопросов по теме — проверьте, что вы знаете о биоматериаловедении: