У понеділок, 12 жовтня, завершився нобелівський тиждень. Світ дізнався імена лавреатів Нобелівської премії 2025 року, зокрема, з медицини, фізики та хімії. Розбираємось, хто ці люди і як їхні наукові роботи змінили світ.

Медицина

Нобелівську премію у галузі фізології та медицини отримали Мері Бранкоу з Інституту системної біології в Сіетлі, Фред Рамсделл з компанії Sonoma Biotherapeutics у Сан-Франциско та Сімон Сакагучі з Осацького університету у Японії.

Тріо науковців стоїть за відкриттям периферичної імунної толерантності — механізму, який не дозволяє клітинам імунної системи атакувати тканини в організмі. Їхні дослідження розкривають, як клітини імунної системи, особливо Т-клітини, відрізняють рідні тканини від шкідливих чужерідних організмів. Це закладає основу для лікування аутоімунних захворювань та онкології.

Т-клітини — білі кров’яні клітини, які виявляють та атакують інфіковані або ракові клітини в організмі. У випадку аутоімунних порушень Т-клітини починають атакувати здорові тканини в організмі, що може призвести до критичних наслідків та порушення роботи окремих органів і систем. Наприкінці 1980-х років науковці дізнались, що шкідливі Т-клітини знищуються у вилочковій залозі.

Пізніше Сімон Сакагучі продемонстрував, що зрілі Т-клітини з білком CD25 можуть пригнічувати шкідливих побратимів. Ці особливі клітини отримали назву регуляторних Т-клітин, або T-reg.

Мері Бранкоу та Фред Рамсделл пішли далі та виявили генетичний зв’язок з регуляцією імунної системи. Вони встановили, що у мишей з важким аутоімунним ринітом спостерігалась мутація гена FoxP3, який знаходиться у X-хромосомі. Далі вони дізнались, що у дітей з мутаціями того самого гену розвинулось рідкісне аутоімунне захворювання — синдром Іпексу. Сакагучі продемонстрував, що ген FoxP3 контролює розвиток регуляторних Т-клітин.

Наразі за результатами наукових робіт нобелівських лавреатів вже проводяться клінічні випробування з метою підвищення концентрації регуляторних Т-клітин для пригнічення небажаних імунних реакцій при аутоімунних захворюваннях або після трансплантації органів.

Цікаво, що кардинально протилежний підхід вивчається у рамках терапії онкозахворювань. Річ у тім, що ракові клітини можуть «прикриватись» регуляторними Т-клітинами для уникнення відповіді з боку імунної системи. Через це науковці, вивчаючи способи боротьби із раком, приділяють особливу увагу пригніченню або знищенню регуляторних Т-клітин.

Фізика

Нобелівську премію з фізики отримали Джон Кларк, Мішель Девор та Джон Мартініс за відкриття ефектів макроскопічного квантово-механічного тунелювання та квантування енергії в електричному ланцюзі.

Відкриття науковців, лежить в основі сучасних квантових комп’ютерів, мікрочипів, які використовуються у більшості електроніки, включно зі смартфонами, датчиків та іншого. Все почалось у 1984-1985 роках, коли про квантові комп’ютери ніхто ще навіть не задумувався, адже й звичайні тоді були лише на зорі власного розвитку.

Оскільки у квантовій фізиці частинки одночасно існують як у вигляді хвилі, так і вигляді, власне частинок, це дозволяє їм долати перешкоди, які з погляду класичної механіки мали б бути непереборними. Таким чином частинки у вигляді хвиль мають шанс опинитись по інший бік бар’єра.

До відкриття дослідників ефекти квантового тунелювання спостерігались лише в окремих частинок. Однак фізиків цікавило, як змусити не одну, а більше частинок демонструвати той самий ефект тунелювання. Виявилось, що для цього необхідно сильно охолодити матеріали, перетворивши їх на надпровідники та змусивши електрони об’єднуватись у так звані «куперовські пари».

Ці куперовські пари підкоряються дещо іншим квантово-механічним законам, ніж окремі електрони. Замість того аби накладатись один на одного, утворюючи енергетичні оболонки, вони діють подібно до фотонів, які одночасно можуть перебувати в одній точці простору у бескінечній кількості. За достатньої кількості таких куперовських пар у матеріалі, вони стають надплинними, рухаючись без втрат енергії та електричного опору.

У рамках експериментів Кларк, Девор та Мартініс розміщували два надпровідники між тонким ізоляційним бар’єром, створивши таким чином експериментальну установку, відому як джозефсонівський перехід. Дослідникам вдалось екранувати власну установку від перешкод, перш ніж подати на неї електричний струм.

Спочатку напруга у їхньому ланцюгу дорівнювала нулю, що вказувало на відсутність електричного струму, який проходив би крізь бар’єр. Однак після кількох повторень виявилось, що напруга все ж виникала у різні проміжки часу. Це свідчило про те, що електрони дійсно долали цю перешкоду, діючи як одна велика частинка.

Вплив мікрохвиль на електрони також продемонстрував, що попри те, що частинки діяли спільно, куперівські пари мали чітко визначені квантовані рівні енергії. Ця колективна система електронів отримала назву штучного атома.

Експеримент Кларка, Девора та Мартініса підтвердив, що квантові ефекти не зникають на великих масштабах, якщо частинки перебувають у єдиному квантовому стані. Дослідження науковців значно підштовхнули розвиток квантової криптографії, квантових комп’ютерів та датчиків.

Хімія

Лавреатами Нобелівської премії з хімії стали Сусуму Кітагава, Річард Робсон та Омар М. Яґі за внесок у розвиток металорганічних каркасів (MOF).

MOF являють собою кристалічні матеріали, отримані шляхом зв’язування іонів металів з органічними молекулами для формування структур із високою пористістю. Ці структури можуть вловлювати та зберігати гази та молекули. MOF з великою внутрішньою поверхнею дозволяють, наприклад, CO₂, метану або водяній парі проникати всередину та виходити через крихітні отвори. Це використовується для вловлювання парникових газів, очищення води, каталізу у хімічних реакціях та зберігання водню.

Все почалось у 1989 році, коли Річард Робсон проводив експерименти, збираючи іони міді та складні органічні молекули у просторі кристалічні структури. Попередні конструкції були нестабільними, однак результати надихнули на подальші дослідження.

В середині 1990-х років Сусуму Кітагава показав, що ці конструкції можуть поглинати та виділяти гази. Згодом Омар Яґі домігся перших надзвичайно стабільних MOF та розробив принципи раціонального дизайну. Завдяки цим принципам тепер хіміки можуть точно налаштовувати металорганічні каркаси під конкретні властивості.

Наразі хіміки вже синтезували десятки тисяч MOF, використовуючи їх для вловлювання CO₂, очищення від забруднювальних речовин, збирання води з повітря в умовах пустель, ефективного перетворення хімічних речовин. Їхня здатність вміщувати та маніпулювати молекулами в наномасштабі відкриває можливості для створення стійких рішень у галузі зберігання енергії, зниження забруднення та очищення води.