从祖母离世到太赫兹前沿:克什特姆女孩叶卡捷琳娜·布季科娃的医学科学之路

祖母去世后,俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克尔核物理研究所的叶卡捷琳娜·布季科娃决定成为一名执业医生——她希望治疗癌症患者,并温柔地对待他们。随着时间的推移,这个想法发生了些许转变。这名女孩在新西伯利亚国立大学医学与医疗技术学院(ИММТ НГУ)获得临床医学专业教育后,毅然投身于科学研究。现在,卡佳正在新西伯利亚国立大学自然科学系攻读细胞生物学博士学位,并在俄罗斯科学院西伯利亚分院细胞与遗传学研究所下属的临床与实验淋巴学研究所(НИИКЭЛ)工作,致力于研发一项恢复角膜透明度的技术。直到最近,她还曾担任G.I.布德克尔核物理研究所(ИЯФ СО РАН)的高级实验员,与物理学家们合作开展了一项为期三年的研究,旨在探讨太赫兹辐射对生物体的影响。在2024年和2025年的ИЯФ СО РАН青年科学家竞赛中,她在同步辐射分会场荣获第一名,同时她也是俄罗斯联邦总统研究生奖学金的获得者。在采访中,叶卡捷琳娜讲述了这项研究中最困难的部分,以及为什么组织这项研究对她来说既是一段痛苦的回忆,也是一个成长的契机;她为什么要收集朋友们的病史,以及为什么不认为在网上搜索自己的症状是无稽之谈;她喜欢哪些心理学书籍,以及为什么大家都应该去她的家乡——位于南乌拉尔的克什特姆市看看。

——卡佳,请问你是如何进入科学领域的?一切是怎么开始的?

——大概在九年级的时候,我意识到自己想成为一名医生。我了解了为此需要做些什么,并开始准备生物和化学科目的全国统一考试。我请了我们市最好的补习老师——毕竟城市很小,她是我们这里唯一最顶尖的老师。因为最初一心想成为临床医生,所以我选择了新西伯利亚国立大学的医学与医疗技术学院,攻读“临床医学”专业。还有一个因素让我更加坚定了成为医生的决心。在我读高三时,我的祖母因癌症去世了。这对我是一次巨大的情感冲击,部分原因是我亲眼目睹了医生对待因癌症而垂死的老人的冷漠态度。那时我下定决心,我要成为一名不一样的医生,一名充满同理心的医生。

在新西伯利亚国立大学学习期间,我意识到自己热爱科学,并且可以通过其他方式帮助人们。我将不再以临床肿瘤医生的视角,而是以从事研发(R&D)的生物学家身份来接触医学,致力于药物研发工作。此外,随着时间的推移,我意识到医生的工作在心理上非常艰巨:你必须要么完全封闭自己的情感并保持超然,要么就会在最初的几年里因这份痛苦而耗尽自己。而我总觉得,自己很可能会面临第二种情况。

——你说过你来自一个小城市,是哪个城市?

——我来自车里雅宾斯克州的克什特姆市。这是一座非常美丽的城市,还被称为“乌拉尔的瑞士”,是真正的湖泊之乡。我非常热爱这里。这片矿山工业区有着悠久的历史,我非常了解,这要归功于我们的地理和地方志老师叶莲娜·根纳季耶夫娜·基里洛娃。从关于城市创始人尼基塔·德米多夫的近乎民间传说的故事,到关于美国第31任总统赫伯特·胡佛曾在我们铜冶炼厂担任矿业工程师的历史事实,我都了然于胸。还有一个有趣的事实:在1900年的巴黎世界博览会上,就在埃菲尔铁塔首次亮相的那一年,俄罗斯展出了“克什特姆铸铁展馆”。它是在属于克什特姆矿区管辖的卡斯利工厂制造的。卡斯利铸铁工艺是一种非常复杂、精细且美丽的技艺。我们的这个展馆在巴黎的矿业与冶金部门荣获了大奖和金牌!

——你经常回家吗?

——是的,我每年回父母家两次:夏天和冬天。

——有没有对你来说比较有意义的地方,是你一到家就会立刻去的?

——克什特姆最主要的地方就是自然风光。如果你去南乌拉尔,就是为了看山和湖。这是一个非常美丽的地方,即使只是在谷歌地图上看看我们的家乡,你也会惊讶于周围有这么多水域。当我和我最好的朋友行程同步时,我们会一起去爬山,然后去那家我们最爱的披萨店。

你知道女演员英加·奥博尔金娜吗?她也来自克什特姆。当她在《乌尔甘特之夜》节目中向这座城市问好时,我也借此机会向家乡问好。

——向克什特姆问好!下一个问题:看来,在科学城的氛围影响下,成为一名执业医生的想法变成了成为一名科学家的想法?

——在科学城,人们谈论的中心总是博士论文。

——这是当地居民的基本常识吗?

——如果你在科学界工作,那么是的,没有博士学位,你就显得不够格(笑)。因此,我很快构思出了一份优秀的毕业论文计划,这份论文可以成为我博士论文的基础。后来在过程中,我发现自己喜欢阅读学术论文,喜欢分析大量信息,探究事物的本质,尽管我现在意识到,我在学校时也是这样思考的。总之,我全身心地投入到了这一切之中。在医学与医疗技术学院(ИММТ)读到第五年级时,我们必须找到一位学术指导老师,并在一年内完成一篇科学研究论文,本质上就是毕业设计。关于太赫兹辐射(ТГцИ)的课题,是我在第一家实验室从我的第一位学术指导老师那里获得的。遗憾的是,或者说幸运的是,我独自面对这个课题,没有人牵着我的手,也没有人帮我把大任务分解成小任务。因此,那是一段非常艰难的时期。

——请问能介绍一下这项研究工作吗?它的研究方向是什么?

——由来自临床与实验淋巴学研究所(НИИКЭЛ)、布德克尔核物理研究所(ИЯФ СО РАН)、新西伯利亚国立大学(НГУ)和沃罗日佐夫有机化学研究所(НИОХ СО РАН)的专家组成的大型团队,在三年内进行了一系列体外和体内研究,探索太赫兹辐射对生物体的影响。太赫兹辐射的特点在于它属于非电离辐射,会被大气中的水蒸气强烈吸收,这意味着在进化过程中,没有任何生物体形成过针对其影响的特定防御机制。由于目前利用太赫兹辐射的技术正在积极发展,例如用于创建高速数据传输系统、部署6G移动通信、开发眼科和肿瘤疾病的诊断方法,因此我们研究的紧迫性显而易见。

在体外实验中,我们对人类黑色素瘤细胞和人类角膜成纤维细胞进行了实验。这两种细胞各有其独特性。黑色素瘤细胞是最稳定且研究最透彻的细胞系之一,这使得我们能够最大限度地减少干扰因素的影响,并确信观察到的变化正是由于太赫兹辐射的作用,而非细胞自身生命活动的特性。我们是在患者知情同意的情况下,从接受众所周知的激光视力矫正手术的患者身上获取了人类原代角膜基质细胞。在体内实验中,我们直接对兔子眼角膜进行了照射。所有类似实验均严格遵守实验动物伦理标准,并在开始前必须通过伦理委员会的强制性审批。

——你们是在新西伯利亚自由电子激光器(НЛСЭ)上进行的实验。请问,这个太赫兹和红外辐射源在你们的工作中起到了什么作用?

——新西伯利亚自由电子激光器(НЛСЭ)是独一无二的太赫兹和红外辐射源。其平均功率比世界上任何现有辐射源都高出许多个数量级,这使得我们能够在极宽的波长范围内对各种生物体进行绝对独特的实验。生物大分子(如蛋白质)存在四个空间组织水平。如果初级结构由共价键决定,那么二级、三级和更高级结构则由氢键稳定,而氢键的振动能级恰好处于太赫兹辐射区域。因此,当我们用太赫兹辐射作用于生物系统时,就能相当强烈地影响细胞的功能及其内部发生的各种过程。通过研究太赫兹辐射对生物体的作用,可以探索它们如何适应这种辐射,以及会激活哪些防御机制。

——您得到了哪些主要结果?

——我们并非制定太赫兹辐射的操作指南,我们的研究旨在填补基础研究的空白——我们提出了太赫兹辐射对生物体存在特定影响的假设。简而言之,我们证明了在黑色素瘤细胞中,太赫兹辐射主要影响其能量代谢。对兔子角膜的照射导致内皮细胞密度降低,但观察到的变化是可逆的,并未导致其发生病理性改变。值得关注且重要的一点是,太赫兹辐射对人类眼部角膜基质细胞的影响与兔子实验结果相似。在其作用下,细胞内会发生促纤维化改变,我们推测这些改变同样具有可逆性。

我们从各个方面全面评估了太赫兹辐射的影响。我阅读了所有与该主题相关的文章,我相信我们的实验设计非常出色,优于许多其他同类实验。例如,为了确保实验的纯净性,НЛСЭ的实验站配备了遮光器和热成像仪——这些设备用于维持和控制所需的温度。得益于此,我们能够确定观察到的系统反应正是源于辐射本身的影响,而非温度升高或降低所致。我们进行了一项相当独特的代谢组学筛选,这使我们能够全面评估成纤维细胞在分子水平上发生的变化。此外,本研究还采用了流式细胞术和免疫细胞化学方法。通过生物信息学分析,我们将所有获得的数据整合成一幅完整的图景,这使我们得以推断太赫兹辐射对生物体具有特定的作用模式。但这里有一个非常微妙的细节:所有的生物学实验都有一个特点——它们可以无限期地扩展和深化,实质上你可能永远也停不下来。

——也就是说,你现在想停下来了?

——是的。我们在这个实验周期中获得了大量数据,三年内在权威期刊上发表了五篇论文。我的目标是写出一份高质量的毕业论文,为后续撰写优秀的博士论文打下基础。现在我的论文已经写了120页,而且还没完工。

——五篇文章算多吗?

——科学家在每个阶段都有自己的标准。例如,作为一名初级研究员,我每两三年需要发表一篇论文。在这个期间,我仅在太赫兹领域就发表了五篇,在其他研究领域还发表了三篇。

——你觉得自己很有成效吗?

——不。相反,我觉得自己正在退步(笑)。

——你是不是有“优等生综合征”?

——好像没有,虽然我在学校成绩很好。直到四年级一直都是全优生,后来我又找回了自信,从九年级开始努力学习。不过最终还是没拿到优秀毕业证。我的物理和数学统考成绩是4分,尽管在新西伯利亚国立大学这两门课都是5分。我父母总是对我和妹妹说,没有高等教育是不行的,尤其是对女孩子来说。现在我三年发表了八篇学术论文,而妹妹在“俄罗斯国家原子能公司”担任工程师。

——请告诉我,当时作为一名五年级学生,你是如何组织起这么复杂的工作的,对你来说最困难的是什么?

第一阶段非常艰难,当时需要组织黑色素瘤实验:选择照射时间、功率以及参与实验的细胞组数。但我并非孤军奋战,得到了很多人的大力帮助:俄罗斯科学院西伯利亚分院核物理研究所高级研究员、物理数学科学副博士瓦西里·米哈伊洛维奇·波皮克,医学化学系高级讲师、化学科学副博士阿尔乔姆·德米特里耶维奇·罗加乔夫,以及俄罗斯科学院西伯利亚分院有机化学研究所生理活性物质实验室初级研究员尼基塔·巴索夫。我不能说这一切都是我一个人组织的。而当开始进行成纤维细胞实验时,我已经感到更加自信和独立了,因为我对这个主题有了更深刻的理解。那时我已经阅读了大量的科学文献——视野变得更开阔了,我开始明白我们还可以观察什么,哪些机制可能在起作用,以及从哪些角度可以证实或反驳我们的假设。但无论如何,我们团队的人很多,每个人的贡献都至关重要。

——你觉得,你最初独自面对科学难题,是好事还是坏事?

——在某种程度上,这对我来说反而成了优势。任何成长大概都必须经历压力,因为只有这样才能习得技能。尽早意识到除了你自己没人能帮你,并学会为结果负责,是非常有益的。例如,对人类眼角膜成纤维细胞的研究之所以成为可能,仅仅是因为我找到了我的第二任导师——临床与实验淋巴学研究所(НИИКЭЛ)细胞技术实验室主任、医学博士奥尔加·弗拉基米罗芙娜·波韦申科,并清晰且有理有据地向她说明了为什么我需要这些细胞,以及为什么研究它们如此重要。她相信了我,最终我们完成了一项出色的工作。与此同时,现在我已经有了自己的学生,我会帮助他们规划实验的开展,因为在五年级时,你根本不可能自己搞清楚科学研究是如何开展的。每个人的情况都不同:有的学生被导师手把手带着,而有的则需要自己摸索。

——你想在科学领域取得什么样的成就?

——我想为人类健康应用技术的发展做出重大贡献。参与创新药物的研发,帮助尽可能多的人。我希望能分享我们在实验室获得的所有知识,并拓展认知的边界。

——你不再与西伯利亚分院核物理研究所有关联了,现在只在临床与实验淋巴学研究所(НИИКЭЛ)工作吗?也许还在教书?

——我目前只在НИИКЭЛ工作,暂时没有教书,尽管我曾长期从事教学工作。我曾在物理数学特长学校(СУНЦ НГУ)、"西伯利亚的希望"中学、萨哈林岛的奥数学校、秋明以及索契的"天狼星"教育中心负责8-11年级学生的奥赛培训,但现在暂时休息了。

——和孩子们一起工作很辛苦吗?

——这得看和谁一起。比如和八年级学生在一起就非常辛苦,因为他们正处于青春期。即使是超级聪明的男孩或女孩,他们的激素波动也会让他们根本听不进你的话。但和十、十一年级的学生合作总是很愉快,而且总的来说,我只教过奥赛班的学生,也就是那些已经明确了自己兴趣的年轻人——他们明白现在需要全力投入到自我成长中,因此会抓住任何机会去获取知识。

——我通常会问物理系的学生,这门学科在生活中对他们有什么帮助。那么,你的生物医学思维对你有帮助吗?

——是的,当然。作为一名有医学背景的人,如果朋友告诉我他头痛,我就会开始询问病史。或者朋友发信息说她生病了,我当然明白,她很可能只是想得到我的安慰。因此,我会祝她早日康复,但也会询问症状,然后建议她如何治疗。或者也会遇到像八年级孩子那样的情形——他们处于青春期,所以必须把同一件事重复好几次,才能被听进去。当你长期与人打交道时,就会开始很快地读懂他们,并选择合适的沟通方式。

——你喜欢心理学吗?

——我读了很多心理学书籍,但不是那种营销类的,比如《温柔待己》,而是稍微不同类型的。我迷上了维克多·弗兰克尔的书——他是一位经历过纳粹集中营的奥地利精神科医生。他最著名的书是《活出生命的意义》,但我更喜欢《意义的意志》——在这本书中,他提出了20世纪初成长起来的一代人失去意义的问题,并指出一个人的精神越富足,就越有内在的支撑,即使在极其困难的情况下也能救赎自己。

——哦,我读过在集中营遇难的雅努什·科尔查克的书。这是我最喜欢的儿童心理学书籍之一。你还喜欢读什么?平时怎么放松?

——过去一年我读了很多奇幻小说:《指环王》,开始读《权力的游戏》,还读了M.布朗斯坦的精彩著作《太阳物质》,书中非常精彩地描述了光谱学的发展史和X射线的发现。怎么放松?去听音乐会,我很喜欢“Дайте танк!”乐队(一支俄罗斯独立摇滚乐队),去泡温泉,或者只是散散步。我还喜欢篮球,但现在已经很久没打了。

——作为医生,你本人怎么看待生病这段时间?

——我会用谷歌搜索自己的症状。

——真的吗?

——当然,但不会随便点开前几个链接。我是专业地搜索——阅读疾病诊疗指南。我只是感兴趣。我不是疑病症患者,如果去看医生,也不会强加自己的观点:“你知道的,我也是医生。”但如果医生在解释病情时过于夸大,我会要求他用专业术语来解释。

——你如何看待生命的有限性?

——当人死去时,他自己是不知道的。唯一的是,我不想在痛苦中死去,除此之外都无所谓。