生物物理学とは
これは、物理学と生物学、つまり生物学の対象を調査するが物理学の方法によって、2つの分野が組み合わされた領域であることは明らかです。 コンスタンチン・アグラードは、古典的な生物学者よりも生物物理学に従事する物理学者であり、ロシアまたはソ連で教育を受けた物理学者であることが好ましいと考えています。
物理学者はどのように生物学者を助けることができますか：細胞相互作用、細胞集団の微妙な構造を研究し、物理学と数学のツールを使用してそれらがどのように機能するかを理解します。
Konstantin Agladze：「たとえば、人口に対する物理的なアプローチがあるかもしれません。 人口動態は、非線形方程式のみで記述されます。 これはすべて非常によく相関しています。 たとえば、数学的装置は、例えば、興奮性組織（心臓や神経組織など）のプロセスを研究するために使用されるものとよく相関しています。私たちが扱う小さな領域は、興奮性システムの研究です。 「（歴史的にはすでにそのような名前を持っています）、細胞生理学を制御するためのタンパク質複合体のナノ構造。しかし、実際、私たちは単に興奮系の物理学の実験室と呼んでいます。」
実験室では、Agladzeは心臓組織を特に扱います。 平均寿命を延ばし、心臓病を回避するには、心臓がどのように機能するかを理解する必要があります。
K. A .:「心はどうなるの？ 励起波がそれに沿って伝わり、非常に多くの細胞が単一のアンサンブルとして機能し、体に血液を送り出します。 なに？ 一方では、このタスクは非常に興味深いものです。 このようなバイオニクスの科学があります。これは、生物学的オブジェクトに由来し、このようにして狭いオブジェクトを作成しようとします。 これ自体が興味深いです。 たとえば、粘性の高い流体を送り出す方法をご覧ください。 しかし、それはポイントではありません。 そして、このポンプシステムが突然故障し始めた理由を確認するには？」
電気生理学
100年以上前に生じた方向としての心臓の電気生理学的研究が現在開発されており、興奮が心臓にどのように広がるかを理解することができます。 これは、心臓の興奮波の光学的電気的決定要因が発見されて初めて可能になりました。
K. A .:「心臓組織に電極を置いたところ、波が電極の下を流れたことがわかります。 しかし、我々は波の前線全体を見たいと思っています。 そのため、多くの電極を配置する必要があります。 また、異なる時点で正面の位置を確認したい場合は、これらの電極の櫛だけでなく、これらの電極のマトリックスを配置する必要があります。 解像度が高ければ、数千の電極があるはずです。 」
この分野でのブレークスルーは何でしたか：20年前、細胞の励起を追跡するのに役立つ色素が開発されました。 そして並行して、これらの蛍光を見ることができるカメラが開発されました。 同時に、最初のものは励起波の伝播、すなわち渦波の発生を示した。これにより、回転する渦の概念が突然死に至ることを理解することが可能になる。
K. A .:「多電極記録の試みには、非常に徹底した復号化、何らかの推測、つまり外挿が必要でした。 そして、これはおそらく外挿者の幻想であるという疑問が常にありました。 そして、ここでそれが見えてきました。 つまり、それを見ることができることが判明しました。」
2番目のブレークスルーは、組織培養とその光学マッピングの作成を学んだときでした。 これにより、理解することが可能になりました
Ｋ． したがって、システムを単純化する方法を学ぶ必要がありました。 彼らはそれを単純化し、ファブリック構造にしました。 そして、彼らもそこに、あなたは波の伝播を見ることができ、いくつかの化学物質の影響下でこれらの波が安定性を失い、壊れて不整脈を発症する前兆を形成する理由を見ることができます さらに、私たちの仕事は反対の道を行くことでした。 複雑になり始めました。 その後、疑問が生じます。まあ、すべて同じですが、この心臓は等方性ではなく、繊維構造を持っています。 そして、等方性媒体だけでなく等方性媒体がない場合、つまり、細胞が一方向に出て、励起の伝播にどのような機会があるのかを見てみましょう。 ここで私たちはこれに苦しんでいます。 これが私たちが今していることです。 さらに、制御された3次元システムを作成できるようになりました。 まだかなり薄いです。 しかし、それでも1つのレイヤーだけでなく、複数のセルのレイヤーであり、この方向に移動します。」
研究室の未来「細胞生理学を制御するための膜タンパク質複合体のナノ構築」
研究の見通しは次のとおりです。ラットのヒト細胞への移行が必要です。 もちろん、単純にそれらを入手することは不可能ですが、通常の細胞から多能性細胞を作ることを学んだ新山（新也）山中の仕事のおかげで、人工心臓組織を作り、人間の心臓組織で何が起こるかを見ることができます。
K. A .:「一方で、ラットの心臓と人間の心臓には多くの共通点があることを理解しています。 これが一般的でない場合、心臓生物物理学は存在しません。 しかし、実際には大きな違いがあります。 そして、例えば、私たち自身がこの違いに出会いました。 この仕事をした私の日本の大学院生は、普通の日本の不整脈を使用して、ラットの心臓細胞培養にそれを与え、何が起こるかを見て、彼は何も見ませんでした。 そして、これに対処し始めたとき、非常に広く使用されているサードクラスの不整脈薬は、これらの不整脈薬によってブロックされる特別なイオンチャネルを持っているため、人間の細胞でのみ機能することがわかりました。 しかし、ラットにはこれらのイオンチャネルがありません。 それはかなり明白なことのように思えますが、そのような予想外の確認を受けました。 つまり、人間向けの医薬品を開発したい場合、人間の組織を使用する必要があります。」
新しい専門家。 誰ですか？
誰がこの研究を行うべきでしょうか？ コンスタンチンは、励起波の研究は非常に物理的な作業であるため、優れた生物学的訓練を受けた物理学者がより可能性が高いと考えています。
K. A .:「もちろん、分子生物学者の専門知識は非常に重要です。 たとえば、多能性細胞での作業や日常的な作業に。 これは非常に複雑でデリケートなプロセスですが。 それらを心臓細胞に区別するには、まず第一に有能な分子生物学者が必要です。 しかし、次の段階では、物理学者はこれらの心臓の渦を扱う必要があります。
私たちの研究室で働く準備ができている専門家について話す場合、これは非常に難しい質問です。 具体的に言うと、物理学と技術部門でここで最初に身を守る私の大学院生である彼らについてです。これらは、おそらく世界で十数人が従事している科学に従事している人々です。 つまり、これは幅広い読者ではありません。 一方、彼らは最高のレベルでそれを習得しなければならなかったので、同じ蛍光顕微鏡法の優れた専門家です。 これらは、コンピューター化されたデータ収集システムでうまく働く人々です。 そして、これらはもちろん、日常的に組織工学を研究した人々です。 したがって、この方向の専門家が必要な場合はいつでも、彼らは完全に働くことができます。 一方、近い将来、私たちの方法が医療機器の選択に非常に効果的であることを証明する必要があると感じています。 そして、それがほとんどの製薬会社で単に需要があることを本当に願っています。 何言ってるの？ これを行うには、製薬会社の仕組みを確認する必要があります。 分子生物学の成功は非常に強く、すべてが分子機械のレベルにまで下がったため、実際にはすべてがイオンチャネルのレベルで機能します。 イオンチャネルが機能するという事実により、興奮性細胞が機能します。 そして、薬剤師が何かを解決するとき、彼らは単一のチャネルに対する物質の効果を見て、こう言います。 興奮性が低い。 そして、この薬は効きます。」 これは視点です。 これらの実験でこれが証明された後、単一細胞、動物実験が進行中です。
未解決の問題：
主なタスクは、何のために、波が壊れたときに何が起こるか、そして渦がどのように振る舞うかを理解することです：
K. A .:「今では完全に未知です。興奮の渦は、最終的に細動の原因であり、これらの波がそれ自体でどれほど安定しているのか。 つまり、それらは同質性で安定するのか、それとも自力で安定して存在し、生まれ変わり、増殖し、何らかの形でその存在をサポートできるのか？ つまり、これらの渦のダイナミクスに関連する多くのことは、実際にはまだ不明です。 したがって、まだ活動のための大きなフィールドがあります。」
ビデオ形式のファンのために、Konstantin Agladzeへのインタビューはこちらから入手できます。