Наверх

ЖИЗНЬ

This is a bridge
This bridge is very long
On the road again
This slideshow uses a JQuery script from Joomlack
Video example
This is a Video slide linked to Vimeo
Nice landscape
Imagine that you are on holidays

В этом году в нашей стране отмечали 70 лет создания атомной отрасли.Общеизвестно, что родоначальник советского атомного проекта - Курчатовский институт. Одним из важнейших, пожалуй, следствий освоения атома стала ядерная медицина.Сегодня мы беседуем о развитии ядерной медицины с директором НИЦ «Курчатовский институт» членом-корреспондентом РАН Михаилом Валентиновичем Ковальчуком.

Ядерная медицина

- Михаил Валентинович, вы специалист в рентгеновской физике. Объясните, пожалуйста, в чем же физическая суть ядерной медицины?

 

- Советский атомный проект – это не только ядерное оружие, обеспечившее национальную безопасность и стабильность в мире на долгие десятилетия. Это также и атомная энергетика, которая дает нам сегодня возможность устойчиво развиваться. Кроме того, из атомного проекта вышла и современная высокотехнологичная медицина. Курчатовский институт с самого начала занимался исследованиями влияния разного рода излучений на живые объекты – радиобиологией. Позднее на основе этого отдела института был основан Институт молекулярной генетики АН СССР. И сегодня влияние на живые организмы различного рода внешних воздействий, в первую очередь излучения, остается очень актуальной темой. Важнейшим прикладным направлением этих исследований стала ядерная медицина. Прежде всего, это ядерно-физические методы диагностики, которые позволяют отслеживать движение короткоживущих радиоактивных изотопов (своего рода радиоактивных излучателей) в ходе метаболизма, усвоения определенных субстанций организмом. Таким образом мы можем видеть эти процессы на тончайшем клеточном уровне, следя за поведением короткоживущих изотопов в организме с помощью специальных детекторов. То есть, с одной стороны - это самые точные на сегодня методы диагностики, но с другой стороны - это и лучевая терапия. Мы можем адресно направить к больному органу контейнер с радиоактивным изотопом и оказать терапевтическое лучевое воздействие. Есть также метод, когда пациента помещают внутрь ускорителя и облучают его пучком протонов или нейтронов, ликвидируя последствия и причины серьезных заболеваний. Это так называемая адронная терапия.

 

b_400_379_16777215_0_0_images_life_2016_08-12-16-2.jpg

 

- Получается, такие всем известные методы диагностики, как рентген или УЗИ, уже стали вчерашним днем?

 

Ни в коем случае. Все эти методы продолжают развиваться, аппаратура совершенствуется. Они дополняют друг друга, позволяют получить полную картину той или иной медицинской проблемы. Медицина сегодня не может обойтись без высоких технологий, основанных на достижениях физики: ультразвуковой диагностики состояния органов человека, рентгеновских, магнитно-резонансных, позитронно-эмиссионных систем томографии и т.д. В подавляющем большинстве методов современной диагностики используются различные свойства электромагнитного излучения.

Вспомните, что сначала появился рентгеновский метод. С помощью рентгеновского излучения в физике облучают вещество, а в медицине - ткани человека. Там, где большое поглощение, плотность ткани выше, например, в кости, - там изображение светлое, а в мягких тканях – темное. То есть основная направленность рентгена была именно на диагностику состояния костей, их переломов и прочего. Уже более 100 лет рентгеновские исследования «на просвет» используются в каждой поликлинике и больнице для установления причин и лечения травм, болезней легких, в стоматологи и т.п.

Когда появилась ультразвуковая диагностика, стало возможным видеть мягкие ткани, внутренние органы – то, для чего рентгеновское излучение не столь эффективно. На каком-то этапе казалось, что рентген окончательно отошел на второй план. Но затем появился новый, усовершенствованный рентгеновский метод – компьютерная томография. Компьютерная обработка позволяет получить трехмерное изображение исследуемых органов.

 

- А магнитно-резонансная томография (МРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – продолжение этой цепочки развития методов?

 

Нет, МРТ базируется на ином физическом принципе, когда на клетки воздействует сильное магнитное поле. Под его воздействием ядра клеток начинают колебаться. Регистрируя эти колебания, различные у определенных клеток, фиксируют, есть ли патология на том или ином участке.

Что касается метода позитронной эмиссионной томографии, здесь используется другое физическое явление. В онкологии чрезвычайно важно понять, как идет обмен веществ в каждой клетке. Известно, что в раковых клетках метаболизм гораздо выше, чем в здоровых. Вопрос - как его измерить? Универсальным топливом для всех клеток нашего организма можно назвать глюкозу. Соответственно, если пометить глюкозу все тем же радиоактивным короткоживущим изотопом и ввести ее пациенту, она мгновенно распределится по всему организму. С помощью регистрирующего устройства мы определяем, что в каком-то участке наблюдается повышенная концентрация меченой глюкозы, т.е. здесь идет активный метаболизм. Это почти прямое указание на наличие метастазов, особенно если известно, что уже есть первичная опухоль.

 

- То есть радиоактивные изотопы – основа этого метода?

 

И не только его. Это крайне сложный с технологической точки зрения процесс – создание на основе короткоживущих изотопов радиофармпрепарата. Излучатель, который вводится в организм, необходимо сначала «наработать», для этого используется либо циклотрон - ускоритель тяжелых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором они двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, либо нейтронный реактор. Очевидно, что это крайне сложные, радиационно опасные, дорогостоящие установки, на которых проводятся исследования в области ядерной физики. Еще важный нюанс – после того, как короткоживущий изотоп сделали радиофармпрепаратом, ввели его пациенту, через некоторое время он выводится физиологическим путем. В этом случае продукты жизнедеятельности организма еще какое-то время остаются радиоактивными, т.е. нужно утилизовать их специальным образом.

 

b_400_301_16777215_0_0_images_life_2016_08-12-16-3.jpg

В Курчатовском комплексе ядерной медицины

Медицина или физика – что первично?

- На территории Курчатовского института, насколько я знаю, есть даже свой завод по производству таких препаратов?

 

- У нас работает междисциплинарный научно-технический комплекс ядерной медицины, где мы можем производить радионуклиды и радиофармпрепараты на базе специализированного циклотрона с энергией 11 МэВ. На нем сегодня мы можем производить четыре типа диагностических препаратов. Это фтор, углерод, азот и кислород, которые применяются в том числе для диагностики онкологических заболеваний костной ткани.  

 

- Так все же что в сочетании «ядерная медицина» первично, а что вторично? Медицина или физика?

 

- Как физик, я, конечно, отвечу, что физика, вернее физико-химия. Судите сами: вы сначала должны наработать на ускорителе или реакторе изотоп. Затем с помощью сложной радиохимии превратить изотоп в радиофармпрепарат – лекарство, ввести его пациенту, поместить того внутрь сложнейшего ядерно-физического прибора, который осуществляет массу манипуляций и следит за движением этого радиоактивного изотопа внутри человеческого тела. Только затем компьютер обрабатывает результаты этого эксперимента и выводит картинку на экран монитора. То есть фактически врач - это конечный потребитель картинки.

Еще раз повторю, что подобные исследования могут быть радиационно опасными в случае неквалифицированного персонала, неправильных условий проведения эксперимента, несоблюдения необходимых условий техники безопасности при работе с такими объектами. Поэтому я глубоко убежден, что носителями, держателями и операторами этих технологий должны быть ядерно-физические институты, которые имеют соответствующие лицензии, персонал, а также системы и технологии для утилизации радиоактивных многолетний опыт, высококвалифицированный материалов.

 

 

b_400_312_16777215_0_0_images_life_2016_08-12-16-4.jpg

Контроль качества радиофармпрепаратов в Курчатовском комплексе ядерной медицины

 

- Получается та самая конвергенция, которую вы развиваете в Курчатовском институте?

 

- Да, в современной медицине особенно ярко видна необходимость конвергентного подхода: переплетение биотехнологий с нанотехнологиями, с когнитивными и информационными технологиями открывает принципиально новые возможности. Это касается и адресной доставки лекарств нанокапсулами, синтезирования новых лекарств с помощью белковой кристаллографии, создания новых биологических материалов. Уже сейчас с помощью конвергентных технологий создаются новые ткани человеческого организма и целые органы, таким образом, повышаются продолжительность и качество жизни людей. В этом, в частности, состоит глубинный социальный смысл конвергенции.

В уникальном Курчатовском НБИК-центре мы сегодня развиваем множество направлений. Так, в биологическом комплексе мы уже сейчас можем проводить весь спектр работ: от создания белковых субстанций, причем в достаточно больших количествах, до геномных исследований и, по сути, формирования искусственных биоподобных или биологических объектов, искусственной клетки. Благодаря современному оборудованию мы можем решать такую социально важную задачу, как ускоренный дизайн лекарств. Основа многих из них, в том числе и важных, - биологические макромолекулы типа белков, которые имеют рецепторные лиганды, регулирующие определенные функции в организме человека, усиливающие или подавляющие их, т.е. выполняют лекарственную функцию. К белковой молекуле поочередно биохимическими методами цепляются разные лиганды, при этом эффективность лекарств проверяется методом перебора. На Курчатовском синхротроне мы определяем строение этого белка, далее методами очень сложного биологического моделирования можем «прикреплять» различные лиганды и исследовать функциональные особенности этого лекарства, фактически «на листе бумаги» формировать новое лекарственное средство.

 

- То есть Курчатовский синхротрон тоже может использоваться для медицины?

 

- Фактически синхротронное излучение - инструмент для базовой диагностики практически во всех областях фундаментальной и прикладной науки, включая физику, химию, биологию, науки о Земле медицину, материаловедение, археологию и многое другое. Это уникальный генератор электромагнитного (рентгеновского, инфракрасного и ультрафиолетового) излучения, которое обладает прежде всего огромной яркостью, на много порядков ярче излучения лабораторных рентгеновских и оптических источников, и, что очень важно, белым спектром. Это означает, что с его помощью мы можем использовать различные методики, изучать любые образцы и исследовать их структуру буквально до размера атома.

 

b_400_269_16777215_0_0_images_life_2016_08-12-16-5.jpg

Курчатовский специализированный источник синхротронного излучения

 

На ряде экспериментальных станций Курчатовского синхротрона мы изучаем структуру биологических молекул, видим их атомарную структуру, понимаем, как устроена молекула. Мы можем видеть структуру материалов, например ткани или кожи, и так далее вплоть до ангиографии. Причем, видя структуру поверхности, можно определить, что происходит внутри вещества на атомарном уровне. Мы можем также исследовать поверхность биологических мембран, их ионную проницаемость in situ и в модельных системах. Это важно в том числе для понимания механизмов биологического старения как взаимодействия со свободными радикалами. Такой ионный транспорт дает также и ответы о проникновении лекарства в клетку. Мы можем проверять эффективность действия различных препаратов, например при выведении из организма тяжелых атомов.

Перспективы развития

- Как вы неоднократно говорили, перед нами открываются уникальные пути соединения технологических возможностей микроэлектроники с нашими знаниями о живой природе. Вы можете привести какие-то примеры этого?

 

- Совершенно верно. Сейчас начинается новый этап развития, когда от технического, модельного копирования «устройства человека» на основе относительно простых неорганических материалов мы готовы перейти к воспроизведению систем живой природы путем конвергенции НБИКС-технологий. Приведу пример с регенеративной медициной, в основе которой — создание биосовместимых наноструктурированных материалов. Такой метод, как трансплантация тканей и органов, известен довольно давно. На следующем этапе уже начали выращивать ткани и полые органы из клеток, в том числе стволовых, на синтетических биосовместимых каркасах. И эта междисциплинарная задача объединяет и химию, и физику, и генетику, и молекулярную биологию, и медицину, и биоинженерию. Следующий этап - это 3D-печать органов с воссозданием даже анатомической архитектоники из полимеров и гистоархитектоники из клеток. Это крайне важно, например, для такого сложного органа, как печень.

Стереолитография – технология аддитивного производства моделей - крайне перспективна, т.к. с ее помощью можно детально изучать антропологические объекты, проводить реставрационные работы, ее можно применять для протезирования в медицине. Например, эти технологии уже используются для изготовления из полимера точно подогнанных по размеру (с помощью предварительно сделанной томографии) деталей черепа при нейрохирургических операциях. Путем напыления полимерных порошков с помощью лазерного пучка можно в буквальном смысле достраивать необходимые фрагменты, детали – это касается человеческого организма, археологических находок или же деталей для кораблей, самолетов и т.д.

В Курчатовском НБИКС-центре мы разработали целый ряд биоорганических, биосовместимых и биоразлагаемых материалов. Это хирургические нити и ортопедические устройства, имплантаты, каркасы для тканевой инженерии и т.д. - например, штифты для соединения позвонков, в которых можно регулировать время их биоразложения в зависимости от конкретной медицинской проблемы. Такой полимерный штифт можно использовать также как контейнер, помещая туда обезболивающий или антибактериальный препарат, который воздействует только на необходимую зону.

 

- Позвольте закончить наш разговор на теме медицины. Какие перспективы у российской медицины?

 

Мы сегодня говорили о высоких технологиях в медицине, развивать которые совершенно необходимо и за которыми, несомненно, будущее. Тем не менее нельзя полагаться только на технологии. Ведь иногда самые современные методы не могут заменить диагностику по давно известным симптомам, цвету кожи, склер, запаху, дыханию. К сожалению, у современных врачей иногда отсутствует представление о том, как глубоко все взаимосвязано в человеческом организме, как, излечивая одно, не навредить другому. Наша медицина сегодня находится на перепутье: мы еще не утратили традиционное знание о медицине российских земских врачей с их колоссальным опытом и интуицией диагностов, основанной на знании нормальной физиологии человека, но при этом мы уже освоили и высокие технологии в медицине. Наша задача – максимально эффективно использовать и то и другое.

Источник: В мире науки

ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Оставить комментарий от имени гостя

0 / 1000 Ограничение символов
Размер текста должен быть меньше 1000 символов

Комментарии

  • Комментарии не найдены