Всё для людей. Как научные проекты улучшают нашу жизнь.

— В нашем проекте “Разработка диагностической панели, основанной на геномных технологиях нового поколения, для ранней и доклинической диагностики и профилактики социально значимых дегенеративных заболеваний мозга” идет речь о нейродегенеративных заболеваниях преимущественно позднего возраста. В первую очередь — о болезни Альцгеймера и других формах деменций, болезни Паркинсона, спиноцеребеллярных атаксиях, боковом амиотрофическом склерозе. Поскольку тенденцией в большинстве развитых стран мира является увеличение продолжительности жизни и неуклонное старение населения, это неизбежно влечет за собой рост числа дегенеративно-атрофических заболеваний мозга. После 60 лет ими страдает 1% процент населения, после 70 — уже 3-4%. Общее число людей с этими заболеваниями в мире составляет 26-30 миллионов. И к 2050 году это число увеличится вчетверо при сохранении имеющихся тенденций. Прогнозы также говорят, что через 10 лет до 1% населения России будет страдать различными формами деменции. Эту социальную проблему надо начинать решать путем ранней диагностики и максимально раннего вмешательства в “естественное” течение болезни. На сегодняшний день эти заболевания плохо излечимы именно вследствие того, что мы вмешиваемся в процесс достаточно поздно, когда гибель нейронов и выраженность атрофии мозга заходят слишком далеко, так что развивающиеся дегенеративные изменения оказываются уже за пределами современных терапевтических возможностей. 

— Мы выполняли проект “Восстановительная реабилитация детей с детским церебральным параличом с применением неинвазивной электрической стимуляции”. Я работаю в лаборатории физиологии движений, коллектив которой под руководством члена-корреспондента РАН Ю.Герасименко более 20 лет занимается исследованиями роли спинного мозга в регуляции позы и локомоции. Один из удачных инструментов воздействия на мозг — электрическая стимуляция. Исследования в этой области начались, когда электроды накладывали на поверхность спинного мозга. Большим прогрессом стал найденный нами способ неинвазивной стимуляции спинного мозга, без проведения хирургических операций. В этом случае электроды накладываются на кожу и импульсы особой формы возбуждают спинной мозг. В проекте, поддержанном грантом ФЦП ИР, решается важная научная и прикладная задача. Раньше мы разрабатывали способы воздействия на спинной мозг у “спинальных пациентов” (например, перенесших травмы спинного мозга) и воздействовали на те структуры спинного мозга, которые до травмы были нормально функционирующими (эти работы выполнялись в основном по грантам РФФИ). Теперь, в случае с пациентами с ДЦП, перед нами стояла задача перенастроить нейронные сети спинного мозга, аномально развивавшиеся от рождения, “обучить” их правильному двигательному алгоритму. Нашей задачей было доказать, что, применяя метод неинвазивной электрической стимуляции спинного мозга, можно улучшить двигательные функции детей с тяжелой формой ДЦП.

Сергей Иллариошкин: — Нами создана диагностическая панель, которая позволяет с помощью технологий секвенирования нового поколения выявлять мутации одновременно в 300 генах, определяющих развитие нейродегенеративных заболеваний с вовлечением двигательной и когнитивной систем. В последние 5 лет произошла революция в технологиях исследования генов и обнаружения в них различных нуклеотидных вариаций. Появились технологии (так называемые NGS-технологии), которые позволяют за одно включение прибора секвенировать до 60 миллиардов пар оснований, что в два-три раза превышает размер всего генома, — и это за считаные дни! Потом, правда, наступает сложнейший и длительный биоинформационный этап, позволяющий с помощью специальных подходов на финише всего процесса идентифицировать ту самую единственную “причинную” мутацию среди десятков тысяч различных нуклеотидных вариантов. Здесь нужны особые специалисты в области биоинформатики, которые осуществляют уникальный компьютерный поиск и “фильтруют” геномный сиквенс, выделяя значимые и незначимые вариации. На последнем этапе выявленная мутация проверяется традиционным секвенированием.

Одним словом, панель создана и апробирована на практике: доля выявления мутаций в редких генах для тех случаев болезни, которые у нас оставались в базе данных и не были диагностированы традиционным способом, составляет 15-20%.  То есть еще 15-20% лиц с патологией, о которой я говорил, мы эффективно выявляем и можем достаточно рано начать лечить. Важно и то, что, обнаружив мутацию, далее ее уже достаточно легко найти или не найти у других членов семьи, что позволяет провести в этой семье медико-генетическое консультирование и предупредить развитие болезни. Сейчас подобный персонифицированный подход бурно развивается во всем мире.

Татьяна Мошонкина: — Мы работали на базе Научно-исследовательского детского ортопедического института им. Г.И.Турнера в г. Пушкин, с сотрудниками которого у нас и ранее были общие научные интересы. Когда возникла новая исследовательская задача, мы встретили полное понимание со стороны коллег. Метод неинвазивной электрической стимуляции спинного мозга мы сочетали с локомоторными тренировками пациентов на Локомате. Локомат — это устройство, которое предназначено для восстановления ходьбы; вес тела пациента частично или полностью компенсируется с помощью парашютной подвески, к ногам подводятся ортезы и управляют ходьбой пациента по беговой дорожке. Все происходит в игровой форме, и дети охотно стараются правильно выполнять движения. Локоматы имеются в НИДОИ им. Г.И.Турнера, и мы постарались использовать их возможности с еще большей отдачей. Как известно, ДЦП имеет разные формы. Врачи предложили нам работать с тяжелыми пациентами, на что мы сразу согласились. Дети возрастом около 9 лет проходили терапию на Локомате и одновременно получали стимуляцию. Это были, в основном, пациенты, которые для ходьбы используют различные приспособления: трости, ходунки и т.п. Нашей задачей было улучшить их двигательные навыки, то есть сделать так, чтобы они шагали без опоры, самостоятельно сохраняли вертикальную позу. Мы убедились, что стимуляция спинного мозга оказалась хорошим инструментом, который перенастраивает, перекалибрует спинальные локомоторные сети. В результате у детей патологический паттерн мышечной активности стал более похож на нормальный, увеличился объем движений в суставах, приблизились к нормальным показателям характеристики вертикальной стойки. Улучшились также оценки по стандартным неврологическим шкалам, характеризующим моторное развитие. Практически все регистрируемые показатели в экспериментальной группе были достоверно лучше, чем в контрольной, пациенты которой реабилитировались с использованием тренировок на Локомате без электростимуляции. При этом из 12 ребятишек экспериментальной группы двое были готовы отказаться от опоры при ходьбе. Но, повторю, это были тяжелые пациенты, поэтому результатом и мы, и врачи, и родители пациентов остались очень довольны.

Сергей Иллариошкин: — Наш партнер — ЗАО “Синтол” — хорошо известная российская биотехнологическая компания, производитель широкого спектра молекулярно-биологических реактивов и оборудования. Он помог нам сделать конкретный набор реактивов, разработать протоколы и апробировать технологию с помощью прибора NGS. Целый ряд важнейших этапов был выполнен именно “Синтолом” — мы ведь не химическая лаборатория, не имеем возможности синтезировать какие-то ультрасложные реактивы или сами запускать новейшие методы молекулярно-генетического анализа, наша задача в другом. Панель дополняется целым рядом молекулярно-генетических реакций, которые разрабатываем и выполняем мы, в нашей собственной лаборатории. Нам требуется провести огромный объем предварительных работ, подобрать гены-кандидаты, вычислить наиболее важные молекулярные мишени, для которых подбираются наборы реактивов, убедиться в патогенной значимости выявляемых мутаций, разработать конкретные лабораторные регламенты, показать, что они действенны на практике, и, наконец, убедиться, что гены (молекулярные мишени) были выбраны правильно. За нами также — изменение всей практики медико-генетического консультирования семей в связи с внедрением NGS-технологий. 

Татьяна Мошонкина: — Наш партнер — компания “ООО Косима”, это организация, которая разрабатывает и производит высокотехнологичное реабилитационное оборудование. Мы знакомы несколько лет. К моменту начала совместной работы они выпустили механотренажер кроватного типа для реабилитации пациентов после инсульта. Вместе с ними мы разработали комплекс и метод для реабилитации двигательных нарушений у пациентов со спинальной травмой. После этого совместно подготовили и выиграли этот грант. 

— Наш проект называется “Автономный мобильный робототехнический комплекс мониторинга прибрежной зоны и прогнозирования морских природных катастроф”. Думаю, его можно отнести к социально значимым. Мы очень давно и последовательно занимаемся изучением волн цунами, которые в этом столетии не раз приводили к чудовищному количеству жертв. Случившееся в декабре 2004 года сильнейшее землетрясение в Индийском океане вблизи побережья Индонезии с магнитудой 9,3 балла привело к разрушительному цунами (максимальная высота 55 м), которое лишило жизни около 300 тысяч человек. Спустя шесть лет землетрясение у побережья Японии вызвало цунами с максимальной высотой около 40 м и привело к технологической катастрофе — разрушению Фукусимской атомной станции. 

Не обходит цунами стороной и Россию. Наиболее разрушительным в послевоенной истории было цунами 4-5 ноября 1952 года, когда волной высотой около 10 м был разрушен г. Северо-Курильск на острове Парамушир и погибли более 2000 человек. Уже в этом столетии несколько крупных цунами случилось на Дальнем Востоке, на Сахалине и Курильских островах. Около 20 случаев зарегистрировано в Черном море, 10 — в Каспийском море. Для понимания физики этих явлений и разработки методов снижения ущерба от цунами крайне важно иметь надежные данные о характеристиках цунами на берегу. 

— Проект “Разработка прототипа оперативной океанографической системы Балтийского моря, методов и технологий по снижению последствий негативного воздействия природных и антропогенных факторов для обеспечения экологической безопасности морской среды” тоже можно отнести к социально значимым, потому что речь в нем идет об экологической безопасности на море, о его чистоте и охране.

— Наш проект “Создание и трансфер зеленых технологий глубокой переработки зернового и масличного сырья с целью снижения потерь от социально значимых заболеваний”, безусловно, стоит отнести к числу тех, что мы обсуждаем. Прежде всего, это связано с его направленностью на снижение потерь от социально значимых заболеваний путем разработки нового подхода к переработке продовольственного сырья. Дело в том, что возникновение и развитие ряда недугов, а также наблюдаемое снижение сопротивляемости человеческого организма к различным неблагоприятным воздействиям в первую очередь связаны с факторами экологии и питания. 

АПК России является поставщиком не только продовольственных продуктов, но и органических отходов, ежегодный объем которых превышает 68 миллионов тонн. При этом рациональной утилизации в настоящее время подвергается не более 30% от их общего количества. Анализ существующих технологий АПК показал, что подавляющее большинство из них не соответствуют идеологии “зеленых” технологий, направленной на снижение загрязнения окружающей среды, улучшение здоровья населения, сбережение ресурсов, повышение эффективности производства, а следовательно, конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Наиболее остро проблемы, связанные с нерациональной утилизацией и загрязнением окружающей среды, проявляются в отношении подсолнечника — основной масличной культуры РФ — и риса, вопросы переработки которых составляют наши научные интересы.

Андрей Куркин: — В последние 20 лет начали развиваться методы изучения цунами с помощью космических снимков и автономных мобильных робототехнических комплексов мониторинга прибрежной зоны, которые позволяют получить данные о цунами в труднодоступных местах.

Это лишь одно из направлений использования наших разработок. Для более точного прогнозирования необходим мониторинг прибрежных зон, который может быть осуществлен с использованием мобильных средств, оснащенных сканирующим оборудованием и комплексом датчиков. Такие системы идеально подходят для долгосрочного развертывания, так как они дают возможность непрерывного получения данных, охватывая несколько сотен метров от береговой линии, с ними можно изучать прибрежные территории в различных временных и пространственных масштабах. Начиная с 2006 года совместно с Институтом морской геологии и геофизики ДВО РАН и Специальным конструкторским бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАН мы проводим инструментальные измерения волнового климата в прибрежной зоне острова Сахалин и Курильских островов с использованием автономных донных регистраторов гидростатического давления АРВ-К12, произведенных в КБ г. Углич. Несколько лет назад мы задумались над возможностью использования автономных мобильных робототехнических комплексов для отслеживания вариаций уровня моря в труднодоступных местах, а также для обследования следов уже происшедшего цунами. Однако для широких условий эксплуатации необходимо учитывать рельеф побережья, расчлененность его заливами, бухтами; виды грунтовых оснований (песчаные, песчано-каменистые, галечно-гравийные, илистые и скалистые), состояние мерзлости слагающих берега пород и их пылеватость, массивность ледяных включений, общие ледовые явления и динамику льдистых берегов. Колесное шасси, к сожалению, оказывается малопригодным для широких условий эксплуатации, поэтому мы пришли к тому, что нужно использовать гусеничный или роторно-винтовой движители. Вот так и появился этот проект по созданию автономного мобильного робототехнического комплекса мониторинга (АМРК) прибрежной зоны с возможностью переоснащения различными типами движителей (колесным, гусеничным, роторно-винтовым), который направлен на разработку научно-технических решений для создания АМРК мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды с целью обеспечения надежности и безопасности гидротехнических сооружений в прибрежной зоне. Мы планировали создать экспериментальный образец АМРК и испытать его в прибрежной зоне Сахалина. 

Татьяна Еремина: — Мы тоже думали об экологической безопасности и создали оперативную океанографическую систему, которая позволяет давать прогноз состояния морской среды. Людям, которые живут в прибрежных районах, очень важно иметь такую информацию, потому что нередки наводнения. Пример Санкт-Петербурга в этом смысле очень показателен. Предсказать наводнение заранее, предупредить людей и принять какие-то меры безопасности на суше и на море — вот наша задача. Поэтому цель проекта — разработать макет оперативной океанографической системы Балтийского моря и одновременно — экспертно-аналитическую систему оперативного контроля за состоянием заданной акватории и быстрого реагирования на аварийные ситуации в море. Все основывается на математических моделях и развитии ряда процедур, которые позволяют давать более точный прогноз событий и явлений, происходящих на Балтике.

Евгений Герасименко: — Предлагаемый нами подход к ликвидации предпосылок социально значимых заболеваний, таких как злокачественные новообразования, болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением, сахарный диабет, заключается в разработке и трансфере “зеленых” технологий глубокой переработки зернового и масличного сырья на примере риса и подсолнечника с нивелированием основных факторов, определяющих возникновение и развитие указанных недугов. 

Идеология проекта заключается в структурно-технологической модернизации агропромышленного комплекса, основанной на переходе на “зеленые” технологии мирового уровня, предусматривающие эффективную утилизацию отходов, использование возобновляемых источников энергии, рациональную переработку продовольственного сырья с максимальным использованием всех его компонентов.

Специфика нашего проекта — многозадачность, связанная с комплексным подходом к решению поставленных проблем при участии специалистов разных специальностей и профилей: химиков, технологов, механиков, экономистов, “фундаментальщиков” и “прикладников” — теоретиков, научных работников и практиков-производственников.

Снижение уровня загрязнения окружающей среды, оптимизация экологической обстановки и вывод на рынок физиологически ценных продуктов, на базе которых может быть расширен ассортимент продукции специализированного питания, позволят уменьшить частоту возникновения и распространение социально значимых заболеваний. А следовательно, предотвратить их последствия, связанные с потерей трудоспособности социально активными гражданами, затратами на медицинское обслуживание, демографическими проблемами и т.д.

Андрей Куркин: — У нас есть и индустриальные партнеры, и потенциальные заказчики. Наш проект междисциплинарный — это совместная работа двух институтов Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева — Института радиоэлектроники и информационных технологий и Института транспортных систем, причем каждый из них очень хорошо известен в своей области. Поэтому нам несложно было найти индустриальных партнеров и выйти на потенциальных заказчиков. Сейчас у нас есть экспериментальный образец, который нужно довести до серийного выпуска, а это уже совершенно другая задача.

Татьяна Еремина: — Заинтересованных пользователей нашей системы очень много. Прежде всего это те, кто занимается судоходством. Трафик в Балтийском море, и особенно в Финском заливе, очень напряженный, поскольку здесь у России несколько крупных портов. Имеются и нефтеперегрузочные терминалы, поэтому движение судов очень интенсивное. Мы даем прогноз, в том числе опасных явлений, которые могут возникать в результате штормов. К другим пользователям можно отнести тех, кто занимается рыболовством — ведь нежелательно добывать рыбу в очагах загрязнения. Наша система позволяет достаточно быстро оповещать портовые и другие службы, которые должны заниматься охраной моря. Им такая оперативная информация тоже очень пригодилась бы.

Наш партнер — он же заказчик — это Морское венчурное бюро, расположенное в Калининграде, где компания “Лукойл” ведет добычу нефти на шельфе. МВБ по заказу “Лукойла” мониторит нефтяные загрязнения в районе добычи. Там вблизи граница Литвы. Поэтому возможные инциденты крайне нежелательны, ибо могут спровоцировать осложнения международных отношений. Словом, инструмент, который позволит быстро реагировать на возникшие ситуации, сегодня востребован. 

Евгений Герасименко: — Индустриальный партнер у нас — ООО “Краснодарский Промзернопроект”, который на основании результатов наших научных исследований и опытно-технологических работ создает проектную документацию, обеспечивающую быстрое и эффективное внедрение разработок в производство. Кроме того, в результате популяризации проекта появились потенциальные заказчики разработок, выполненных в рамках проекта: переработка безлузговых семян с получением физиологически ценного масла, пищевого белкового продукта и лецитинов. Промышленное внедрение позволит получить импортозамещающую продукцию, соответствующую требованиям безопасности и обладающую высокой пищевой ценностью и физиологически функциональными свойствами. Внедрение разрабатываемых технологий термической конверсии на предприятиях Краснодарского края, перерабатывающих рис, семена подсолнечника и практикующих прямое сжигание, позволит существенно оздоровить экологическую обстановку.

Сергей Иллариошкин: — Я считаю, что уже в факте выдачи нам гранта проявляется заинтересованность в нашем социально значимом проекте со стороны государства. Конкурс был жесткий, и раз мы его выиграли, то, значит, социальная значимость проекта была оценена правильно. Мы должны подготовить большое количество публикаций в ведущих журналах, которые индексируются в мировых базах данных, а кроме этого, представить доклады на крупнейших профильных конференциях по медицинской генетике, неврологии, психиатрии. На этих мероприятиях к нам многие подходят, интересуются в том числе ценой созданной панели. По нашим прогнозам, лет через пять это будет абсолютно рутинный метод диагностики, сама жизнь к этому ведет. Что касается пациентов, то они должны узнавать о нем от подготовленных, информированных и квалифицированных врачей. Не дело пациента самому себе назначать обследования. 

Татьяна Мошонкина: — Пожалуй, со стороны власти, каких-то госструктур мы не почувствовали особого интереса к нашей работе. Это если не считать того, что именно госструктура выдала грант на исследование. Со стороны коллег, врачей, педагогов — интерес большой! А сами мы не заметили разницы между социально значимым проектом и обычным. Возможно, потому, что мы всегда работаем с тяжелыми пациентами и, следовательно, все наши проекты так или иначе социально значимы. Но пока выполняли проект, вокруг нас появилось много заинтересованных лиц. В результате мы подали заявку еще и в РФФИ для продолжения исследований, планируем изучать влияние двигательной реабилитации на речевые и когнитивные функции у детей с ДЦП.

Бюджет проекта был небольшим, но нам удалось создать специальный костюм для неинвазивной стимуляции спинного мозга и функциональной мышечной стимуляции. Он заинтересовал специалистов. Важно, что костюм может применяться для продолжения реабилитационных процедур, когда ребенок выписывается из клиники, — близкие, родители сами смогут проводить ему стимуляцию. 

Свой проект мы считаем успешным, потому что нашли подтверждение нашим идеям. Как мы и предполагали, неинвазивная стимуляция оказалась эффективна при двигательной реабилитации пациентов с ДЦП. 

Если говорить о сложностях, то они были связаны с тем, что проект выполнялся в большом коллективе, разными специалистами Санкт-Петербурга и Москвы: физиологами, врачами, электронщиками, модельерами. Больше обычного уходило времени на согласование единой точки зрения на неизбежно возникающие проблемы. Но в целом это дело было очень увлекательным. 

Татьяна Еремина: — Наш проект был обречен на успех. Мы даже думать не могли о неудаче. Ведь система создана и работает! Теперь хотелось бы, чтобы как можно больше заинтересованных организаций стали ею пользоваться. Но, в любом случае, система создана, и даже если бы она не служила практическим целям, то прекрасно использовалась бы нами для научных. Ведь все прогнозы, которые мы делаем, сохраняются, то есть мы накапливаем данные и имеем длинные ряды характеристик за какие-то периоды, получаем и храним бесценную информацию о состоянии прибрежных акваторий Балтийского моря. 

Мы стараемся популяризировать результаты своего проекта. Бываем на научных конференциях по Балтийскому морю и представляем их там. Но если бы эти мероприятия проходили с участием потенциальных заказчиков, толку было бы больше. 

Евгений Герасименко: — Основные сложности при выполнении проекта были связаны с необходимостью одновременно решать большое количество разноплановых задач силами специалистов разных областей знаний. Тем не менее в настоящее время проект близится к завершению, и есть надежда, что все поставленные научные задачи будут решены. О практической реализации разработок, выполненных в рамках проекта, пока говорить преждевременно, но основания для надежды, что большая часть из них воплотится в реальность, есть.

На стадии реализации проекта прямого взаимодействия с властными структурами у нас не было. А контакты с обществом заключались в популяризации разрабатываемых технологий ради поддержки все возрастающего в последнее время интереса к здоровому образу жизни. Приятно, что со стороны руководства своего университета мы ощущали всемерную помощь с первых дней выполнения проекта. Это выражалось и в его софинансировании, направленном на закупку требующегося аналитического и испытательного оборудования, и в организации необходимых командировок. 

Андрей Куркин: — А к нам очень хорошо отнеслись в Администрации Сахалинской области, во время проведения натурных испытаний нашего АМРК. Местные власти отметили, что подобные разработки очень важны, особенно для Дальневосточного региона. Были во время работы и сложности — как же без них? Сейчас видится: что-то можно было сделать и быстрее, и лучше. Но это стало понятно, когда мы накопили опыт. Надежды, конечно, оправдались не все, но главное, что теперь ясно, в каком направлении надо двигаться.