Ядерщики разработали нейроимплант
Одно из перспективных направлений, отмеченных президентом Дмитрием Медведевым во время недавнего посещения Российского Федерального ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) — исследования в области медицины, сотрудничество ученых, представителей естественных наук и врачей, внедрение достижений современной науки в практику лечения сложных, опасных заболеваний. Над этой тематикой успешно работают сотрудники института. Научный сотрудник ВНИИЭФ Татьяна Любынская представила на международном симпозиуме «Актуальные проблемы биофотоники-2009» доклад «Применение имплантируемой охладительной системы для купирования эпилептических приступов». Мы попросили Татьяну Евгеньевну рассказать об этой разработке. — Для начала: что это вообще за наука — биофотоника? — Из звучания слова понятно, что термин «биофотоника» — это комбинация двух слов: биология и фотоника. Фотон — это квант света, фотоника — наука о генерации, распространении, регистрации и управлении фотонами. Биофотоника объединяет все исследования, связанные с взаимодействием света с биологическими тканями. Эти исследования имеют прикладное значение для биологии, медицины, защиты окружающей среды, для сельского хозяйства, включая контроль качества продуктов питания. Что касается медицины, то достижения биофотоники дали понимание механизмов человеческих болезней и старения на клеточном и молекулярном уровне. Свет уникален не только тем, что дает возможность наблюдать процессы, протекающие в живых объектах, но и может воздействовать на них неинвазивным или минимально инвазивным способом, то есть без разрушения тканей. Это дает основание утверждать, что медицинское оборудование 21-го века будет в значительной части основано на этом физическом принципе. Взаимодействие света с тканями происходит различным путем, в зависимости от типа ткани и ее состояния: здоровая или больная. Поэтому для ряда болезней есть возможность разрабатывать диагностические и терапевтические методики: это онкология, атеросклероз, обнаружение различных микробов, распознавание генных нарушений и восстановление генов, старение, контроль приживания трансплантированных органов. Во всем мире ведутся масштабные разработки уникальных источников света, детекторов и систем визуализации. Это требует объединения усилий специалистов различных дисциплин: физиков, химиков, биологов, медиков и, учитывая огромный объем информации, получаемой с помощью современных приборов, и необходимость ее автоматической обработки — математиков и программистов. — Какое место в этих исследованиях занимает система, которую вы разработали? — Симпозиум, проводимый Институтом прикладной физики РАН, объединяет несколько исследовательских направлений и тематически гораздо шире, чем термин, вынесенный в его название. И это очень важно, потому что создает площадку для общения ученых, работающих в смежных областях. Симпозиум состоял из несколько конференций: «Оптическое изображение биологических объектов», «Нанобиофотоника», «Нейроимаджинг и нейродинамика», «Терагерцовая диагностика и лечение», «Передовые лазерные приложения в медицине». Направление «Нейроимаджинг и нейродинамика» включает в себя все методы наблюдения процессов, протекающих в мозге, и способы воздействия на них. Система предотвращения эпилептических приступов разрабатывалась на протяжении последних нескольких лет сотрудниками ИЛФИ в рамках проектов международного научно-технического центра совместно с американскими коллегами из Аргоннской национальной лаборатории, предприятия «Канзас-Сити Плант» и частной компании «Флинт Хиллз Саентифик». Инициатором и идейным лидером проекта был известный в США нейрохирург доктор Иван Осорио из Университета Канзас Сити. Когда мы только начинали работать над этой задачей, поразили цифры медицинской статистики: в развитых странах эпилепсией страдает примерно 1,5 процента населения, в развивающихся странах эта цифра увеличивается до 10. В США, стране, где медицинское обслуживание самое передовое в мире, ежегодно от эпилептических приступов умирает до 40000 человек. Общепринятый метод лечения на сегодняшний день — лекарственная терапия. Но, принимая лекарства, полностью избавляются от приступов и не имеют серьезных побочных эффектов только 30 процентов пациентов. Хирургическое вмешательство тоже не всегда показано. Поэтому в мире интенсивно разрабатываются имплантируемые системы купирования эпилептических приступов. Самые совершенные из них, системы «замкнутого цикла», сочетают в себе автоматическое обнаружение предвестника приступа и упреждающее проведение терапии. — Расскажите о принципе работы вашей системы. — Самая распространенная концепция систем блокировки эпилептических приступов — электростимуляция. Всем известен кардиостимулятор, задающий ритм работы сердца. Однако электрические ритмы мозга гораздо сложнее, чем у сердца, для расшифровки и интерпретации. Поэтому сложнее и в управлении. Электростимулятор для мозга может в ряде случаев оказаться достаточно рискованным прибором, дающим плохо предсказуемый результат. В нашей системе используется альтернативный подход теплового подавления аномальной электрической активности нейронов, который обещает быть эффективным и безопасным. В экспериментах на животных и отдельных наблюдениях на людях было обнаружено, что в окрестностях фокуса эпилепсии перед началом приступа происходит рост температуры. Это обстоятельство используется для предсказания предприступного состояния. Все устройство состоит из температурного датчика, имплантируемого микрохолодильника и телеметрической системы дистанционного контроля. Телеметрическая система опрашивает температурный датчик, анализирует ответный радиосигнал и принимает решение о запуске микрохолодильника. — Ваши впечатления от сотрудничества с американскими учеными? — Эта работа была крайне интересной не только в плане науки, но и с точки зрения постижения культуры другой страны. С нашими американскими коллегами мы различается не только по условиям и стилю жизни, но и по стилю научных исследований. Это различие было отмечено не только нами, но и американцами. Доктор Осорио как-то сказал, что русские долго думают, прежде чем что-то сделать. И это вполне объяснимо. Американские ученые могут заказать практически любой прибор и получить его в очень короткие сроки. То же относится к их компьютерным мощностям, которые несравнимо выше наших. Мы же, имея ограниченные возможности для работы, не можем ошибиться в выборе как закупаемого оборудования, так и концепции будущего прибора. Поначалу американцев удивляло наше желание знать о проблеме гораздо более того, что написано в техническом задании. Сейчас есть уверенность, что если бы не наше стремление все понять и во всем разобраться, прибор мог не получиться. Со временем и они, и мы научились слушать и понимать друг друга. Очень хочется отметить один эпизод: американская команда приезжала в Саров на испытания первого прототипа системы, и когда все прошло удачно, американцы нам аплодировали. Доктор Осорио сказал, что он не верил, что можно будет получить работающее оборудование в такие короткие сроки. Один из представителей Аргоннской национальной лаборатории сказал, что мы — лучшая команда, с которой им приходилось работать. Так что сотрудники института приобрели не только очень ценный научный, но и культурологический опыт. — Можно ли сказать, что проект завершен? — Мы находимся в самом начале пути. К настоящему времени разработано оборудование для экспериментов на животных, которые необходимы для подтверждения концепции, уточнения режимов работы системы и технических требований для всех подсистем. В перспективе предполагается создать прикроватный вариант системы для тяжелых больных, прикованных к инвалидному креслу, и далее, когда удастся достаточно минимизировать компоненты системы — носимый вариант, предназначенных для людей, подверженных эпилепсии, но стремящихся вести активный образ жизни. К сожалению, мировой финансовый кризис сильно отразился на научных исследованиях. И это отмечали многие европейские участники симпозиума. Биологические тесты нашей системы тоже пока отложены. Мы надеемся на продолжение работ, возможно с участием новых партнеров. Во всяком случае, наш доклад вызвал большой интерес, в том числе у специалистов ведущих институтов, занимающихся исследованием мозга человека в нашей стране.
