Серед перших лауреатів Національної премії імені Бориса Патона — найвагомішої державної нагороди, яку присуджують за видатні наукові дослідження, була й команда, яка виконала роботу «Створення органічних сполук для сучасної медицини — важливої складової безпеки та обороноздатності України».
Про рівень цієї роботи свідчать, зокрема, схвальні відгуки двох Нобелівських лауреатів з хімії — професора Бенджаміна Ліста (Німеччина) та професора Жана-Марі Лена (Франція). А редактор журналу Science доктор Дерек Лоу відзначив, що поява українського продукту REAL Database та колекції «будівельних блоків» української компанії «Єнамін» суттєво змінила підходи до пошуку нових лікарських засобів у світовій фармацевтичній галузі.
Один з лауреатів Національної премії імені Бориса Патона — доктор хімічних наук, виконувач обов’язків заступника директора Інституту фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України Сергій Колотілов.
— Сергію Володимировичу, розкажіть про дослідження: як досягли успіху?
— Урочистого старту не було, ми просто працювали — майже двадцять років. До колективу, який отримав премію, входять вісім науковців. Шестеро з них працюють у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка, це Ігор Комаров, Сергій Рябухін, Павло Михайлюк, Олександр Григоренко, Юрій Мороз, Костянтин Гавриленко. Двоє — Дмитро Волочнюк і я — у наукових установах НАН України, в Інституті органічної хімії та Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського. Це дуже сильний колектив! Наприклад, сума індексів Гірша авторів на момент подачі роботи становила 194, тобто в середньому 25 на кожного. Чесно кажучи, я не пам’ятаю такого показника в історії державних премій України.
— Що саме вдалося зробити?
— Є декілька стадій виготовлення препарату, які можуть зайняти 10–15 років. Перша — створення великого масиву хімічних речовин, з яких треба вибрати біологічно активні. Тобто спочатку тестують десятки й сотні тисяч сполук та виокремлюють групи молекул, які можуть бути перспективними. Далі — знову тестують. Наприклад, розчини речовин капають у блістери з луночками, додають до них штам якогось мікроорганізму. А потім перевіряють — у яких із цих ста тисяч луночок бактерія жива, а в яких ні. Речовини, які зуміли вбити бактерію, відбирають на наступний етап скринінгу. І тестують за допомогою складніших тестів.
Зі ста тисяч сполук може бути вибрано, наприклад, десять молекул. Їх досліджуватимуть на тваринах, а молекули, які пройдуть і цей «іспит», підуть на клінічні дослідження. Їх перевірятимуть, чи ефективні вони для організму людини. Такі дослідження проводять великі фармацевтичні компанії, їхні результати є суворою комерційною таємницею.
Але для того, щоб до фінішу дійшов десяток молекул, на першому етапі потрібно синтезувати сотні тисяч сполук, принаймні набагато більше, ніж сто тисяч. Тобто хтось має приготувати, синтезувати й передати ці сполуки фармацевтичним компаніям для подальших досліджень. Ця робота критично важлива, адже без первинного скринінгу не буде ані доклінічних та клінічних досліджень, ані нового лікарського препарату.
— Сто тисяч сполук — це дуже багато… Складно уявити, скільки часу потрібно на їхнє створення…
— Ці цифри не такі приголомшливі, як здається на перший погляд. Наприклад, у вас є сполука, яка складається з трьох компонентів: A, B, C. Ви розробляєте метод одержання одного нового компонента A, потім — берете зі складу тисячу вже відомих сполук групи B і тисячу відомих сполук групи C. У результаті отримаєте мільйон нових сполук АВС — звичайно, якщо всі реакції пройдуть успішно.
Тобто запропонувати мільйон нових сполук не важко, для цього потрібно створити лише одну нову сполуку A й ефективні методи проведення реакцій А+В+С. Отримані сполуки поповнюють склад, і вже з ними можна синтезувати наступні серії молекул.
Але в реальному житті це непросто. Хімік має зважити речовину, завантажити в колбу, провести реакцію. Ця робота займе 2-3 години. Навіть якщо робити кілька синтезів одночасно і працювати, не присідаючи, то за робочий день можна виділити один чи два десятки речовин.
Саме тому важливо розробити методи створення великих наборів хімічних речовин, які дають змогу з високою ефективністю і ймовірністю успіху одержувати усі передбачені комбінації А+В+С з наведеного вище прикладу, та витрачати мінімум часу і зусиль на підбір особливих умов для кожної реакції. Ця задача була розв’язана в нашій роботі.
— Як це вдалося зробити?
— Ми працювали за трьома напрямками. Перший — розробили нові ефективні методи для синтезу хімічних сполук.
Другий — створили найбільшу у світі (!) базу даних сполук, які можна швидко синтезувати. А також розробили алгоритми для обробки бази, за допомогою яких можна обирати сполуки, перспективні для біологічних досліджень. До нашої бази входять 4 мільярди сполук. Фармацевтичні компанії аналізують базу, дають замовлення на певні сполуки, а хіміки синтезують саме ці, потрібні замовнику, речовини. Ці сполуки пропонує українська компанія «Єнамін», один зі світових лідерів в цій галузі.
Третій напрямок — ми розробили прилади для проведення хімічних реакцій та налагодили виробництво цих пристроїв (автоклавів, реакторів, фотохімічних реакторів, реакторів для роботи з найбільш небезпечними газами та отруйними речовинами) в Україні. Виробництво цих приладів налагоджено в компанії ТОВ «Ріва-Сталь» у Києві.
— Який напрямок тут — саме ваш?
— Мій внесок у спільну справу — це створення нових каталізаторів для синтезу органічних сполук і створення сорбентів для розділення органічних сполук (зокрема й оптичних ізомерів).
Ці каталізатори потрібні для створення так званих проточних реакторів. Розробленню цих реакторів присвячена вагома частина роботи. Уявіть, що хімік проводить реакцію A + B. Він бере колбу, завантажує ці сполуки, готує їхні розчини, проводить реакцію, очищує суміш. Порція речовини, яку можна створити за один раз, обмежена об’ємом колби.
Якщо ж у вас є проточний реактор, в якому можна змішувати ці речовини, то ви зможете отримати багато продукту (теоретично — необмежену кількість).
Проточний реактор має чимало переваг: може працювати добу, тиждень, місяць і синтезувати десятки чи сотні кілограмів речовини. Цієї кількості для фармацевтичного виробника може вистачити на роки роботи.
Для проведення процесів тонкого органічного синтезу в проточних реакторах потрібні нові гетерогенні (тобто тверді, нерозчинні) каталізатори (якщо нові порції розчинів проходитимуть крізь шар одного й того самого каталізатора, його витрати будуть меншими, а продукт — чистішим, ніж коли каталізатор розчинений в реакційній суміші).
Для очищення продуктів потрібні сорбенти. Ми запропонували нові хіральні сорбенти (від грецького слова «хірос» — рука) для хроматографічного розділення оптично активних сполук.
Хіральні речовини (оптичні ізомери) — це однакові за порядком з’єднання атомів сполуки, що відрізняються, як дзеркальні відбиття. У більшості реакцій вони мають дуже подібні властивості. Але не в усіх! Один ізомер може мати корисну біологічну активність, а інший — шкідливу. Один з найвідоміших прикладів: етамбутол, що використовують для лікування туберкульозу. Якщо взяти його «дзеркального двійника», то речовина викличе сліпоту. Тобто якщо не розділити ці ізомери й синтезувати речовину з домішками небажаного антипода, то одночасно з лікуванням пацієнт дістане проблеми.
Синтез великих партій сорбентів для розділення хіральних сполук апробовано на підприємстві «Каталіз та екологія» Інституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України.
Звісно, нагорода — також заслуга моїх колег. За результатами цих досліджень в нашому Інституті захищено три кандидатські дисертації. Це робота Юлії Сацької (присвячена розділенню оптичних ізомерів) та роботи Антона Литвиненка і Світлани Сотнік (присвячені створенню гетерогенних каталізаторів різних процесів).
Хочу підкреслити, що мій внесок — лише 1/8 частина роботи, яка нагороджена премією імені Бориса Патона.
— Одне з найскладніших питань української науки — як впровадити у виробництво результати досліджень. Я правильно розумію, що результати цієї роботи вдалося впровадити у виробництво?
— Це одне з найскладніших питань і української, і світової хімії. Але у читача може скластися враження, що саме впровадження результатів є нашою кінцевою метою. Це не зовсім так.
Без фундаментальних досліджень не може бути жодного наукового прогресу, і не буде розуміння, як розв’язувати прикладні задачі! Правильно сформульовані задачі фундаментальних досліджень ведуть до результатів, які є основою для подальших прикладних розробок.
В Україні є хімічні компанії, світові лідери в галузі наукомісткого хімічного виробництва — у співпраці з якими ми виконали цю роботу — «Єнамін», «Укроргсинтез» та інші. Наша команда виконувала і фундаментальні дослідження і водночас впроваджувала методи синтезу речовин, які потрібні фармацевтичним компаніям.
На основі отриманих речовин розроблено і впроваджено чимало складових медичних препаратів. Загальний обсяг експорту продуктів та пов’язаних з ними послуг з України в країни Європи та Північної Америки, створених завдяки впровадженню роботи в Україні, лише за 2021 рік перевищує 2,7 мільярда гривень.
Серед відгуків на нашу роботу, які надійшли до Комітету з Державних премій України в галузі науки і техніки, можна назвати листи від вітчизняних виробників медичної продукції «Фармак», «Мікрохім», «Біофарма», від працівників всесвітньо відомих компаній Bayer AG і Merck Healthcare KGaA.
— У назві роботи, яка отримала премію, зазначено, що вона є важливою складовою безпеки та обороноздатності України. Чим саме важлива?
— Завдяки впровадженню результатів наших досліджень у НВП «Єнамін» та НВП «Укроргсинтез» створено близько 2000 робочих місць. Це фахівці світового рівня, які можуть розв’язувати найскладніші задачі. Всі вони працюють в Україні і це — реальна протидія «втечі мізків» з нашої країни.
Формування колективу, який може розв’язувати складні наукові задачі, є не менш важливим, ніж вітчизняне виробництво нових речовин.
До речі, робота компаній «Єнамін» та «Укроргсинтез» важлива не тільки для України. Після повномасштабного російського вторгнення провідні світові видання — Bloomberg, The Wall Street Journal, Endpoint News — написали, що припинення діяльності цих українських компаній може призупинити або суттєво уповільнити пошук нових лікарських засобів в усьому світі. За відгуком Джона Хартвіга, лауреата Премії століття Королівського хімічного товариства, Премії Вольфа, Премії імені Артура Коупа, наша робота стала одним з найбільших внесків у поліпшення позицій української промисловості тонкого органічного синтезу на світовому ринку та в розвиток виробництва продукції з високою доданою вартістю в Україні.
— Сергію Володимировичу, як часто під час цієї багаторічної роботи ви впиралися у глухий кут? І як з нього вибиралися?
— В аспірантські роки я вважав, що лише 20 відсотків моїх синтезів були успішними… Все дуже просто. Треба більше працювати, тоді успішні спроби дадуть таку кількість наукових матеріалів, що на їхній опис у вигляді статей бракуватиме часу.
— Кожна перемога — це ще й успіх учителів, які привели людину в науку та допомогли становленню. Хто ваші вчителі?
— Мій вчитель — академік Віталій Валентинович Павліщук.
Знаю його зі шкільного віку (звісно, тоді він ще не був академіком), він допомагав готуватися до олімпіад з хімії, потім був керівником кандидатської дисертації й консультантом докторської. Багато з того, що знаю та вмію, я здобув завдяки йому. Хоча це не означає, що завжди з ним погоджувався.
Також вдячний науковій школі Інституту фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України, в якому дуже уважно ставляться до обґрунтованості висновків, коректності та логічності формулювань. Вдячний викладачам хімічного факультету КНУ імені Тараса Шевченка, а також нашим партнерам з компанії «Єнамін», які дали можливість не лише впровадити розробки, а й набути важливий досвід роботи, орієнтованої на практичний результат.
— Не можу не запитати — як вам працюється в умовах війни?
— Як і всім. З перших днів я цілодобово в інституті. Разом з колегами стежили за територією, перевіряли документи людей, які спускалися в укриття. На початку березня вибухова хвиля вибила близько шістдесяти вікон у будівлях установи. Ми з колегами шукали фанеру, закривали та склили ці вікна…
— Які, на ваш погляд, аргументи йти в науку сьогодні? Що б ви сказали молоді?
— Це цікаво і перспективно. Мільйонером у цій професії навряд чи станеш, але, якщо добре працювати, то гідне життя забезпечиш. А найголовніше — ти все життя зможеш робити цікаву (надзвичайно цікаву!) і важливу справу.
Світлана ГАЛАТА для НФДУ
Читайте також: