13 декабря состоялась научная сессия Общего собрания РАН «Российская академия наук в решении проблем научно-технологического развития Российской Федерации». В рамках сессии ученые обсудили основные достижения биологических и медицинских наук и проблемы, которые стоят перед ними. Подробнее — в нашем репортаже.
Развитие сельского хозяйства
Первый доклад представил академик РАН Яков Петрович Лобачевский, рассказавший о развитии агропромышленного комплекса РФ. Он отметил, что наша страна располагает 200 млн га сельскохозяйственных угодий, 120 млн га продуктивной пашни, более 50% мировых черноземов, 20% пресной воды, производством почти 10% мирового объема удобрений. На каждого жителя РФ приходится около 1,5 га сельхозугодий, что почти в 3 раза выше, чем в среднем на одного жителя в мире. Лобачевский подчеркнул, что задача сельскохозяйственной науки и производства — обеспечить граждан РФ качественными отечественными продуктами, доля которых должна достигать 90–95%. Чтобы достигнуть такого уровня самообеспечения, нужно внедрять приоритетные инновационные технологии и технические средства.
На задачу самообеспечения важнейшими продуктами направлена Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017–2030 годы. Подпрограммы ФНТП включают селекцию и семеноводство картофеля и сахарной свеклы, создание отечественных конкурентоспособных мясных гибридов птицы. Разрабатываются и новые подпрограммы по селекции масличных культур, развитию плодоводства и виноградарства, разработке кормов и кормовых добавок, сельскохозяйственной техники и оборудования. В выполнении подпрограмм принимают участие ученые отделения сельскохозяйственных наук РАН.
Далее Лобачевский рассмотрел показатели текущего состояния сельского хозяйства страны. По данным Росстата, в 2022 году индекс физического объема сельхозпродукции достиг 110,2%. За последние десять лет среднегодовой прирост физического объема сельскохозяйственной продукции составил 3,35%. Валовый сбор зерна стабильно достигает высоких значений — 120–140 млн тонн в год. Значительно повысился уровень рентабельности сельскохозяйственных организаций, который в 2022 году достиг 25,6%. Доля прибыльных хозяйств увеличилась до 86,2%.
«Мы существенно продвинулись в решении проблемы импортозамещения и технологической независимости на внутреннем рынке продовольствия. Однако эта проблема еще полностью не решена, особенно в обеспечении отечественным материалом по некоторым важным культурам, породам скота и птицы, средствам защиты растений, ветпрепаратам, сельхозтехникой и оборудованием. Поэтому у нас огромное поле для работы», — прокомментировал Лобачевский.
Вместе с тем в сельском хозяйстве есть и проблемы. За последние десятилетия из-за колебаний климата и нарушения землепользования почва стала деградировать, что требует развития восстанавливающих технологий. В России также стало снижаться плодородие почв из-за недостаточного внесения органических удобрений: в среднем вносится около 1 т на га, тогда как рекомендуемая норма — 20–25 т на га. Чтобы решить эту проблему, российские ученые разработали инновационные технологии для получения и использования органических удобрений из побочных продуктов животноводства, а также мобильные технические средства для их внесения в почву. В перспективе возможно производить до 300 млн тонн удобрений в год, что позволит повысить плодородие почв.
Другой проблемой является то, что современный уровень производства не охватывает все доступные ресурсы. В 2021 году была утверждена Программа эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса РФ. Необходимость ее введения связана с тем, что из 120 млн га потенциальных посевных площадей 37 млн га выведено из землепользования, частично деградировано и практически не используется. Программа рассчитана на 10 лет, по ее итогам планируется ввести в оборот более 13 млн га земель. За этот срок из государственного бюджета на реализацию программы планируется выделить 530 млрд рублей.
Важное направление развития АПК страны — научное обеспечение растениеводства и животноводства. В Институте им. Н. И. Вавилова сосредоточена ведущая коллекция генетических ресурсов растений, которая состоит из более 320 тысяч образцов. Благодаря ее существованию может развиваться селекция, и на сегодняшний день отечественные ученые создали более 10 тысяч сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. Многие из них активно внедряются: так, сорт пшеницы Национального зерна им. П. П. Лукьяненко, такие как Алексеич, Гром, Таня, ежегодно высеваются более чем на 1 млн га каждый и имеют рекордную урожайность — 10 т/га. Менее позитивная ситуация состоит с твердой пшеницей, рожью, льном-долгунцом. Уровень производства пшеницы твердых сортов (600–700 тыс. т в год) не покрывает даже внутреннее потребление (потребление макаронных продуктов — 1,5 млн т в год). А в случае с рожью и льном-долгунцом в настоящее время значительно сократились посевные площади, хотя эти культуры считаются традиционными для нашей страны.
Что касается животноводства, то в Федеральном центре животноводства им. Л. К. Эрнста и в его филиалах сформирована сетевая биоресурсная коллекция сельскохозяйственных животных. С ее использованием ученые создали больше 40 новых пород, типов, линий и кроссов животных и птиц.
Яков Лобачевский призвал к возвращению систем машин для растениеводства и животноводства, которые существовали в СССР. Это совокупность технических средств со множеством гармонизированных параметров. Основа таких систем для растениеводства — это тракторы с дополнительными агрегатами. Современную концепцию таких тракторов создали ученые Научного агроинженерного центра ВИМ. Эти тракторы автоматизированы и роботизированы, оснащены мехатронными агрегатами и системой автоматического вождения на основе технического зрения. Разработка таких машин уже начата совместно с ПАО «КАМАЗ». Активно рассматривается возможность внедрения ИИ в сельское хозяйство. Исследователи предлагают использовать беспилотники для выполнения особо точных или потенциально опасных работ, а также для мониторинга состояния земель и урожайности.
Прогресс в медицине
Следующим выступил академик РАН Владимир Иванович Стародубов, рассказавший о технологическом развитии медицины. Он отметил, что согласно Концепции технологического развития РФ на период до 2030 года страна должна обладать необходимой базой для производства медицинского оборудования и лекарств. Однако ни одна страна не способна обеспечивать себя медицинской продукцией на 100%, так как мир обеспечивается интернациональным рынком. Этот процесс нарушается санкциями, вследствие которых многие крупные компании отказались от сотрудничества с РФ, поставки некоторых важных препаратов оказались нерентабельными, возникли проблемы с логистикой.
Важным вопросом для медицины является иммунизация населения РФ. Эксперты медицинского отделения РАН проанализировали Национальный календарь прививок и отметили, что для некоторых вакцин в России отсутствуют производства полного цикла. В стране нет своих вакцин от пневмококка, ветрянки, ротавируса, менингококка и ВПЧ, хотя есть надежды на то, что к 2025 году эти препараты станут коммерчески доступны. Основной проблемой для выхода новых лекарств и вакцин на российский рынок Владимир Стародубов назвал явление «долины смерти» — промежутка между разработкой в исследовательской лаборатории и на производстве. В качестве примера он привел инактивированную вакцину от полиомиелита «ПолиовакСин», которая создавалась в Центре им. М. П. Чумакова в 2012–2015 годах. Только в 2023 году вакцина была освоена производством, и до конца года планируется поставить до 2 млн доз вакцины, которая в перспективе сможет полностью заменить зарубежную продукцию.
Далее Владимир Стародубов представил обобщенные итоги работы ученых медицинского отделения РАН. Он отметил, что сейчас от исследователей стал требоваться продукт, которым могут воспользоваться граждане, а не только научные статьи и отчеты. В репортаже рассмотрим наиболее важные, по нашему мнению, достижения ученых из представленных.
Активно развиваются вопросы диагностики. В НИИ терапии и профилактической медицины, филиале Института цитологии и генетики СО РАН, был разработан полуколичественный экспресс-тест на прокальцитонин для диагностики тяжелой внебольничной пневмонии. Такой тест позволяет сократить смертность от этой инфекции. А в Научном центре проблем здоровья семьи и репродукции человека разработали программно-аппаратный комплекс для раннего выявления туберкулеза. Этот комплекс позволяет различать туберкулезные и нетуберкулезные микобактерии, а также оценивать, являются ли они устойчивыми к лечению. Это помогает не только правильно поставить диагноз, но и подобрать необходимое лечение.
Консорциум Научного центра неврологии и МГТУ им. Н. Э. Баумана разработал модель «мозг-на-чипе» для неврологии и нейрофармакологии. Она может использоваться для тестирования новых способов доставки лекарств в мозг, а также для поиска новых молекулярных мишеней для фармакологической терапии заболеваний мозга. Наличие такой модели ускорит доклинические исследования лекарств.
Московский клинический научный центр им. А. С. Логинова ведет работу над лекарствами от рака на основе антител. Сейчас готовится к регистрации пролголимаб — антитело к анти-PD-1-рецептору, которое может применяться при немелкоклеточном раке легкого, а также при раке шейки матки. В клиническую практику также внедрен препарат пемброриа, который является аналогом пембролизумаба, применяющегося при меланоме и немелкоклеточном раке легкого.
Центр персонализированной медицины в Национальном медицинском исследовательском центре им. В. А. Алмазова занимается поиском инновационной терапии онкологических заболеваний крови, которые устойчивы к текущему лечению. В 2024 году в промышленное производство перейдет аналог препарата блинцито, который используется для лечения острого лимфобластного лейкоза. Помимо этого, разработаны препарат-аналог для CAR-T-терапии CD19-положительных раков крови, а также клеточный препарат для лечения Т-клеточных новообразований. В свою очередь, компанией «Генериум» был получен первый в мире биоаналог ромиплостина, который используется для лечения тромбоцитопенической пурпуры.
НМИЦ эндокринологии занимается диагностикой и лечением редких опухолей эндокринных органов. Они создали отечественный препарат для медикаментозной коррекции гипогликемии при инсулиноме и врожденном гиперинсулинизме. Этот препарат уже доступен пациентам.
Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН занимается поиском источников новых лекарств. В институте существует Коллекция морских микроорганизмов, которая была создана еще в 1985 году, а на сегодняшний момент содержит более 4500 очищенных штаммов морских бактерий и грибов, более 200 из которых принадлежат к ранее неизвестным видам микроорганизмов, впервые описанных дальневосточными учеными. Исследователям уже удалось выделить стрептоциннамид А, относящийся к новой структурной группе антибиотиков, а также новые пептидные ингибиторы сартазы — фермента, который обеспечивает вирулентность золотистого стафилококка.
Национальный медицинский исследовательский центр колопроктологии им. А. Н. Рыжих создал оригинальный программно-аппаратный комплекс «Артинкол», который с помощью искусственного интеллекта детектирует в режиме реального времени добро- и злокачественные новообразования при колоноскопии. «Артинкол» увеличивает выявляемость полипов толстого кишечника более чем на треть, что позволяет существенно повысить эффективность профилактики колоректального рака путем удаления полипов.
Активно ведутся разработки новых протезов и имплантов. В Национальном медицинском исследовательском центре оториноларингологии ФМБА России разработали индивидуализированный имплантат наружного уха. Для его создания используется метод 3D-биопечати. А в Национальном медицинском исследовательском центре имени ак. Е. Н. Мешалкина, в НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний и в Центре сердечно-сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева создаются медицинские изделия для хирургических операций на сердце и сосудах. В других институтах разрабатываются новые методы ортопедии, развиваются способы ведения малоинвазивных операций, в том числе на мозге.
Медицинское отделение РАН, в отличие от других отделений, также занимается разработкой требований к клиническим рекомендациям. Уже было размещено 1202 клинических рекомендации. Разработка клинических рекомендаций — очень кропотливая работа, потому что она требует ознакомиться с большим массивом литературы, учесть свой личный опыт и затем отстоять предлагаемый подход перед коллегами. Однако такие клинические рекомендации позволяют внедрить в практику эффективные методы лечения, в том числе инновационные.
Принципы работы медицинского отделения РАН направлены на обеспечение доступности медицинской науки для человека. Чтобы достигнуть этого, специалисты стремятся создать единый ландшафт прикладных медицинских научных исследований, компенсировать пробелы в компетенциях разработчика, снять барьеры на пути внедрения разработок в клиническую практику, а также создать среду для взаимодействия разработчиков и индустрии.
Наконец, Стародубов рассмотрел основные тренды фармацевтического рынка. Две трети рынка в 2023 году состоит из импортных препаратов, тогда как лишь треть приходится на российские. По дженерикам отечественные и импортные препараты делят розничный рынок почти пополам. А по оригинальным препаратам ситуация плачевная: больше 94% рынка отводится на импорт. Чтобы изменить эту ситуацию, необходима серьезная поддержка медицинской науки.
Перспективы в диагностике и лечении онкозаболеваний
Академик РАН Андрей Дмитриевич Каприн представил НМИЦ радиологии Минздрава РФ и рассказал о методах диагностики и лечения рака, разработанных в России.
Он начал с ядерной медицины, которая входит в комплексное и комбинированное лечение онкологических больных. Разработка и производство инновационных радиофармпрепаратов ведутся, однако есть ограничение по внедрению новых технологий. Специалисты могут проводить только доклинические, но не клинические испытания с участием пациентов. Однако без таких испытаний препараты не могут выйти ни на российский, ни на мировой рынок. Из-за такой проблемы Россия уже потеряла как минимум два препарата, которые впервые были синтезированы в нашей стране, но в итоге стали производиться в других регионах.
В национальных медицинских исследовательских центрах создаются ядерные аптеки, в которых под заказ для конкретных пациентов может производиться до 11 радиофармпрепаратов. Они необходимы для пациентов с опухолями, которые устойчивы ко всем известным методам терапии и поэтому считаются неизлечимыми. Первая аптека уже лицензирована в НМИЦ радиологии Минздрава России.
Исследователи из Российского научного центра радиологии и хирургических технологий им. ак. А. М. Гранова создали препарат «Нанолют», который представляет собой наноантитело, меченное лютецием. Это первое клиническое применение такого препарата в мире. Оно может применяться для лечения распространенной меланомы. В Томском национальном исследовательском медицинском центре также развивается центр «Онкотераностика», где проводится разработка и производство радиофармпрепаратов для диагностики и лечения онкологических заболеваний.
В НМИЦ радиологии развивается современная брахитерапия, при которой источник радиоизлучения вводится внутрь органа. Такой подход особенно актуален при лечении рецидивирующих опухолей после уже проведенного лучевого и хирургического лечения. Сейчас Россия является единственной страной, которая может применять брахитерапию, но только в масштабах маленьких аптек и операционных, а не повсеместно. Пример использования брахитерапии — офтальмоаппликаторы с радиоактивными рутением и стронцием, которые выпускаются на заводе при Физико-энергетическом институте Росатома. Такие аппликаторы применяются для брахитерапии меланомы и ретинобластомы глаза и позволяют сохранить жизнь и глаз пациента. Такие устройства выпускаются только в России, но в ограниченном формате.
НМИЦ радиологии также занимается разработкой и совершенствованием технологий протонной терапии — разновидности лучевой терапии. В институте был создан комплекс протонной терапии «Прометеус», который находится в единственном экземпляре в Обнинске. Этот аппарат совершенствуется за счет внебюджетного финансирования, из-за чего разработки ведутся медленно. В НИИ автоматики им. Н. Л. Духова также создается медицинский комплекс для нейтронной терапии. Он представляет собой высокодозный генератор нейронов, аналогов которому в мире пока что нет.
Активно развиваются биотехнологические разработки в области клеточной терапии, CAR-T- и NK-клеточной терапии, использования РНК- и ДНК-вакцин и генной терапии.
Одной из проблем CAR-T терапии является то, что она поступает пациенту лишь через несколько месяцев, что может быть критично в некоторых случаях. Ученые из Российского научного центра рентгенорадиологии предложили проводить лейкоферез и плазмидный перенос. Это позволяет значительно ускорить процесс поступления CAR-T-терапии к пациенту до 1–2 дней.
Научно-технический университет «Сириус», Научно-исследовательский центр экспериментальной медицины им. Н. Ф. Гамалеи и НМИЦ радиологии Минздрава совместно ведут разработки онколитических вакцин на базе мРНК. Они позволяют доставлять в раковые клетки мРНК, с которых синтезируются белки, стимулирующие иммунный ответ против опухоли. Совместно с Центром высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины РНИМУ им. Н. И. Пирогова и с Институтом молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта в НМИЦ радиологии также ведутся доклинические исследования онколитических вирусов. А в НМИЦ онкологии им. Н. Н. Петрова Минздрава РФ разрабатывают вакцины на основе дендритных клеток, которые также позволяют уничтожать опухолевые клетки за счет активации собственной иммунной системы пациента.
Многие подходы к лечению раковых заболеваний основаны на индивидуальном рассмотрении каждого отдельного случая. В НМИЦ радиологии разрабатывается биоинформатическая система персонализированной медицины. Эта система включает различные базы данных, в которых содержатся геномы, сведения о мутациях, препаратах, влиянии лекарств на тот или иной вид рака и т. д. В будущем такая система сможет подбирать план лечения пациентов с помощью машинного обучения. В НМИЦ им. В. А. Алмазова также был создан прототип нейросетевого алгоритма на основе ИИ для повышенной диагностической точности рака шейки матки. Она позволяет поддерживать принятие врачебных решений.
В НМИЦ онкологии Минздрава РФ, а также в НИИ онкологии Томского НИМЦ ведутся исследования молекулярно-генетических технологий на основе микроРНК. Такие технологии могут применяться как в терапии, так и в диагностике рака. МикроРНК циркулируют в крови, и по их анализу можно диагностировать опухоль. А в случае терапии микроРНК доставляются в раковые клетки, где они способны подавлять активность их генов.
В НМИЦ онкологии также ведется исследование терапии рака желудка молекулярно-генетическими методами. Этот вид рака тяжело поддается традиционному лечению. А с помощью генетического редактирования, при котором происходит гомологичная рекомбинация ДНК, можно удалять гены, являющиеся ключевыми для развития рака желудка.
Развиваются и методы химиотерапии опухоли. В ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН был представлен перспективный препарат, который является донором оксида азота, токсичного для клеток. Такой препарат предлагается применять для лечения глиом — опухолей мозга.
В НИИ онкологии Томского НИМЦ и в Московском клиническом научном центре им. А. С. Логинова совершенствуются хирургические технологии: предлагаются имплантаты, ведутся разработки по осуществлению минимально инвазивных вмешательств при опухолях.
Иммунология, генетика и эпигенетика для обеспечения биобезопасности страны
О способах эпидемиологической защиты страны рассказал академик РАН Василий Геннадьевич Акимкин, представляющий ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора. Выступление началось с цитаты Владимира Путина: «В современных условиях обеспечение биологической безопасности является весьма актуальной задачей, решение которой невозможно без объединения усилий всего международного сообщества. Это в полной мере подтвердила пандемия коронавирусной инфекции… Очевидно, что эффективное противостояние угрозам биологического характера требует самого тесного взаимодействия профильных государственных ведомств, научных и медицинских сообществ».
Ключевой угрозой для человечества являются вирусы, что показала коронавирусная пандемия. Это событие дало людям несколько важных уроков. Так, стал очевиден риск зоонозных инфекций, которые перешли к людям от животных, ведь все известные эпидемии с участием коронавирусов протекали именно по такому сценарию. Развитие коронавируса SARS-CoV-2 и появление нескольких его штаммов также позволили оценить важную динамику течения пандемии. Со временем новые штаммы становились более заразными, но при этом менее вирулентными, то есть понизилась смертность от такой инфекции.
Из-за того, что будущие пандемии неизбежны, необходимо создать технологии, которые будут способны снизить их негативное влияние на человечество в промежуток времени от начала эпидемии до разработки специфических вакцин. Тут также актуален вопрос создания «универсальных» вакцин, которые смогут усиливать врожденный иммунитет и обеспечивать общую защиту популяции человека в случае появления новых патогенов. Врожденный иммунитет, в отличие от приобретенного, обеспечивает быструю, хотя и неспецифическую реакцию организма на инфекцию. Врожденный иммунитет одинаков у всех людей по механизмам развития, а также обеспечивает формирование специфического приобретенного и «тренированного» иммунитета. Под последним имеется в виду иммунологическая память — способность организма «запоминать» возбудителя, с которым он уже сталкивался. При повторной встрече с таким возбудителем «тренированный» иммунитет обеспечивает более сильный и эффективный иммунный ответ. Соответственно, «тренированный» иммунитет может применяться как для улучшения уже существующих вакцин, так и для разработки новых. Такие подходы, включающие в себя использование генетических технологий, развиваются и в России, и за рубежом.
Новой сферой в науке стала эпигенетика, которая рассматривает наследуемые изменения активности генов. Сейчас ведутся разработки методов, которые позволяют выявить инфицирование по изменению активности генов человека в ответ на вирусную инфекцию. При этом генный ответ может включать как специфические, так и неспецифические изменения, которые указывают на сам факт инфицирования. Именно поэтому подход, учитывающий эпигенетические изменения, может помочь обнаружить заражение в том числе инфекционными агентами, которые ранее не были изучены.
В качестве примера таких эпигенетических изменений были приведены особенности вируса SARS-CoV-2. Коронавирус способен изменять «настройки» клеток, кратковременно включая и выключая гены через модификацию нуклеотидов, а именно через метилирование и деметилирование цитозина. При этом уже сейчас можно диагностировать коронавирусную инфекцию по эпигенетическим изменениям, поскольку по анализу крови можно определить уровень метилирования генов и их активность. Такая технология уже разработана в Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН.
Одним из направлений эпигенетики в терапии инфекционных болезней является редактирование транскриптома — совокупности мРНК, которые считываются с генов и впоследствии либо используются для синтеза белка, либо выполняют регуляторные функции. В отличие от редактирования генома изменение транскриптома не наследуемо, из-за чего снижаются возможные риски, и не запрещено. Можно подавлять конкретные гены, которые используются вирусом для размножения. Препятствование размножению вируса дает время, позволяющее иммунной системе наработать специфические антитела для борьбы с ним. В России уже существуют исследования, которые доказывают, что единовременное подавление нескольких генов в клетке может препятствовать размножению вируса.
Для предотвращения новых пандемий и контроля текущей обстановки важно проводить эпидемиологический надзор. Специалисты Роспотребнадзора уже развернули масштабную работу по секвенированию и биоинформатическому анализу геномов коронавируса. Это позволяет им отслеживать изменение свойств вируса и отслеживать как известные, так и потенциально новые штаммы. В рамках этого проекта создана платформа для загрузки и анализа данных, отображения результатов секвенирования — VGARus. В проекте участвует более 150 организация и 60 секвенирующих лабораторий. Сейчас на платформу уже загружено более 300 тыс. геномных последовательностей, из которых 190 тыс. являются полными. В будущем специалисты планируют расширить спектр геномов, включив в него возбудители и других инфекционных заболеваний.
Для минимизации негативных последствий при возникновении новой эпидемии важна быстрая и своевременная диагностика. ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора предложил принципиальную схему разработки ПЦР-набора для диагностики новых, то есть ранее неизвестных, возбудителей инфекционных болезней. Вся разработка при этом занимает лишь четыре дня, а все компоненты для ПЦР-набора полностью реализуются на базе ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора. Они могут самостоятельно синтезировать специфические праймеры и зонды для ПЦР, а также все необходимые ферменты.
Основой всех тест-систем на основе амплификации ДНК или РНК являются ферменты. ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора имеет производство полного цикла для пяти ключевых ферментов и их модификаций: Taq-полимераза, ревертаза (MMLV), Bst-полимераза, урацил-ДНК-гликозилаза, протеиназа К. Все эти ферменты незаменимы в молекулярной диагностике. Производство ферментов в России обеспечивает выпуск от 300 до 900 тысяч наборов реагентов в год, при этом ферменты сопоставимы с импортными аналогами по активности и гораздо дешевле их.
В рамках Концепции технологического развития страны до 2030 года была озвучена необходимость обеспечения технологического суверенитета. Научно-производственный комплекс ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора способен обеспечить его в области диагностики. Помимо производства тест-систем институт также выпускает различные медицинские и биотехнологические изделия. Результаты научных разработок Института в своей повседневной работе используют более 3 тысяч клинико-диагностических лабораторий, медицинских центров и государственных учреждений. ЦНИИ эпидемиологии зарегистрировано более 200 наборов реагентов, в том числе тест-системы для 120 инфекционных болезней человека и 40 болезней животных. При этом продукция института поставляется более чем в 40 стран мира.
В ЦНИИ эпидемиологии ведется развитие производств, которые смогут обеспечить инновационные технологии. Примером является CRISPR/Cas — «молекулярные ножницы» для редактирования генома. К марту 2024 года на территории института планируется запустить полупромышленный цикл производства препаратов белков CRISPR/Cas для научно-исследовательских целей и для разработки терапевтических и диагностических препаратов. Выпуск таких белков обеспечит потребности ученых страны и снизит необходимость производить их закупки за рубежом.
Помимо этого, в ЦНИИ эпидемиологии уже сейчас готовят диагностические системы с использованием CRISPR/Cas. Исследователи института разработали метод выявления единичных копий ДНК и РНК возбудителей инфекционных болезней человека. К марту 2024 года институт также планирует внедрить в производство диагностические тест-системы на основе амплификации, совмещенной с детекцией CRISPR/Cas. Такие тест-системы будут обладать высокой чувствительностью и не будут требовать применения высокотехнологичного оборудования.
На базе института также проводятся разработки технологий генной терапии. Сейчас эксперты создают мышиные модели для изучения ВИЧ-инфекции. Впоследствии на таких животных планируют исследовать эффективность генной терапии против ВИЧ на основе системы CRISPR/Cas.
В заключение доклада Акимкин подчеркнул, что иммунология, генетика и эпигенетика — это важнейшие научные направления, которые способны решать задачи эпидемиологической безопасности страны. Необходимо, имея опыт решения текущих задач, предвидеть будущие угрозы и готовиться к борьбе с ними.
Биомедицинские нейротехнологии для изучения мозга и лечения болезней
О прогрессе в развитии биомедицинских нейротехнологий рассказал член-корреспондент РАН Всеволод Вадимович Белоусов, который представил Федеральный центр мозга и нейротехнологий ФМБА. Он отметил, что исследование мозга и внедрение биомедицинских нейротехнологий — это один из основных приоритетов ФМБА. Существует биомедицинский кластер ФМБА, деятельность которого направлена в числе прочего на исследование мозга и нейротехнологий.
Синтетические нейротехнологии важны для изучения механизмов здорового мозга и развития заболеваний ЦНС. К этим технологиям относятся биосенсорика, хемо-, опто- и термогенетика. Биосенсоры — это белки, которые кодируются в организме. Они состоят из двух частей — сигнальной и сенсорной. Когда сенсорная часть распознает определенные молекулы в клетке, то сигнал об этом передается за счет флуоресценции. В ФМБА были разработаны биосенсоры для перекиси водорода, глутатиона, НАДН, гипохлорита, для детекции уровня pH. С помощью этих биосенсоров ученые смогли исследовать роль этих молекул в развитии ишемического инсульта. Чтобы это сделать, в мозг мышей доставляли гены, кодирующие биосенсоры, с помощью вирусных частиц. Также в череп вживляли оптоволоконные конструкции, чтобы отслеживать флуоресцентный сигнал. В результате исследователи смогли вести наблюдение за разными участками мозга. Они впервые зарегистрировали волны ацидоза (изменения pH в сторону закисления среды), которые распространяются из ядра инсульта в кору пораженного полушария. Эти волны ацидоза стали мишенью для поиска нейропротекторных препаратов, которые смогут защитить ткани мозга от последствий ишемии.
Биосенсоры позволяют отслеживать пространственную и временную динамику веществ в клетках. Хемогенетика, в свою очередь, может управлять их концентрацией и дополнительно изучать роль этих веществ в клетках и тканях. Как и в случае с биосенсорами, генетические конструкции доставляются в мозг подопытных животных. В ФМБА был разработан хемогенератор перекиси водорода на основе белка дрожжей — оксидазы D-аминокислот. Использование такого подхода позволило ученым исследовать роль окислительного стресса в развитии нейродегенеративных заболеваний. С использованием хемогенетических систем можно тестировать препараты, направленные на лечение деменции, болезни Альцгеймера и иных нейродегенеративных заболеваний.
Оптогенетика позволяет управлять активностью нейронов с помощью светозависимых белков — фоторецепторов из различных микроорганизмов. Ограничением этой технологии является иммунный ответ на чужеродный белок в организме животного. Альтернативная технология стимуляции мозга — это термогенетика. Она основана на использовании термочувствительных ионных каналов человека, что было предложено учеными Федерального центра мозга и нейротехнологий. В норме эти белки присутствуют в окончаниях нейронов кожи человека и позволяют чувствовать тепло и холод. Соответственно, встраивая эти терморецепторы в нейроны мозга, можно контролировать их активность с помощью коротких импульсов инфракрасного лазера или сфокусированного ультразвука.
Огромный объем информации о болезнях нервной системы дают «омиксные» технологии: геномика, протеомика, транскриптомика, эпигеномика и так далее. В рамках таких исследований проводится секвенирование генома, определяется профиль метилирования генома, транскрипционный профиль отдельных клеток. Цель таких исследований — не только понимание механизма развития болезни, но и поиск различных маркеров, которые могут использоваться для ее диагностики, и молекулярных мишеней для терапии. Совместно с Центром стратегического планирования ФМБА ученые проанализировали популяцию населения РФ с помощью мультиомиксных технологий и смогли выявить генетические, эпигенетические и транскриптомные особенности, связанные с болезнью Альцгеймера, для такой выборки.
В последние десятилетия развиваются методы диагностики заболеваний мозга с использованием нейровизуализации и ядерной медицины. В Федеральном центре мозга и нейротехнологий работает блок радионуклидной диагностики, который оснащен аппаратом ПЭТ-МРТ. Он позволяет визуализировать структуры мозга и его кровоснабжение с высоким разрешением. В тесном сотрудничестве с госкорпорацией «Росатом» ученые разрабатывают радионуклидные препараты для ПЭТ-диагностики болезней мозга, в том числе рака и болезни Альцгеймера. В будущем исследователи смогут изучать действие короткоживущих изотопов на синхротронных установках в течение первых 10–15 минут с момента получения таких препаратов.
Помимо радионуклидов, необходимо создавать базу для получения и других препаратов на основе малых молекул, белков и так далее. В ФМБА реализованы технологические платформы, которые позволяют быстро получать универсальные компоненты для производства разных препаратов. Так, в ФМБА созданы технологические платформы для получения препаратов из рекомбинантных белков, пептидов, олигонуклеотидов и так далее. В 2021 году был открыт научно-производственный комплекс Федерального центра мозга и нейротехнологий, в котором функционируют три платформы для разработки и производства генотерапевтических препаратов, моноклональных антител и клеточных препаратов. В настоящее время в ФМБА завершается разработка собственного генотерапевтического препарата для лечения спинальной мышечной атрофии, а также создан первый клеточный препарат на основе стволовых клеток для терапии спинальной травмы. Для последнего уже завершились доклинические исследования и начинаются клинические испытания.
Совместно с ФНКЦ физико-химической медицины им. Ю. М. Лопухина исследователи ведут работы по созданию нейроорганоидов — моделей мозга. Для их создания берут клетки кожи пациента, которые перепрограммируют в стволовые клетки, а затем — в мозг. На нейроорганоидах можно изучать молекулярные и клеточные механизмы развития болезней, а также тестировать лекарства. Такие органоиды могут применяться в заместительной терапии ткани мозга. Такие органоиды действительно способны интегрироваться с мозгом пациента и образовывать связи между нейронами. Однако главной проблемой органоидов является воспроизводимость и поддержание ими заданных свойств и архитектуры. Ее решением является разработка специализированных тканеинженерных конструктов, которые изготавливаются с помощью биопечати и биополимерных скаффолдов.
Еще одной технологией является применение фокусированного ультразвука. В зависимости от его частоты можно достигать двух эффектов — термального и механического. Термальный используется в нейрохирургии в сочетании с МРТ для термического разрушения тканей. Например, в ФМБА проводили операцию с использованием фокусированного ультразвука для устранения тремора при болезни Альцгеймера. Во время операции пациент находился в сознании, ему не требовалась анестезия, а тремор уходил прямо во время воздействия. Сразу после операции пациент смог вернуться к нормальной жизни. Тот же метод может использоваться для лечения эпилепсии и устранения глубоких опухолей. В сотрудничестве с Ростехом ФМБА ведет разработку роботизированного комплекса фокусированного ультразвука. Сейчас завершаются доклинические испытания этого устройства, после которых он будет поставлен на производство.
Механические эффекты, вызываемые фокусированным ультразвуком, позволяют временно открыть гематоэнцефалический барьер в любой области мозга. Хотя в норме гематоэнцефалический барьер защищает мозг от токсинов и инфекций, он также выступает препятствием для лекарств. Следовательно, фокусированный ультразвук облегчает адресную доставку лекарств в мозг.
Современные нейротехнологии позволяют обеспечивать реабилитацию пациентов, перенесших болезни нервной системы. Компьютерные системы способны воспринимать сигналы, которые подаются человеком, подстраиваться под эти параметры и показывать ему соответствующие сценарии. Совместно со Сколтехом ученые разработали полуиммерсивную среду GRAIL MotekForce, которая позволяет улучшить функции ходьбы более чем у 90% пациентов. Также исследователи создали VR-тренажер VIBRAINT RehUP, при котором человек погружается в виртуальную среду за счет VR-очков. Такой тренажер позволяет улучшить двигательные функции более чем на треть.
Также исследователи ФМБА занимаются нейропротезированием. К нему относится разработка интерфейсов «мозг — компьютер», которые помогают восстановить утраченные функции отдельных участков мозга за счет внешних устройств. Совместно с такими партнерами, как центр LIFT, университет «МИСиС» и СПбГУ, ученые ФМБА решают проблему отторжения нейроимплантов за счет создания мягких имплантов. Они также разрабатывают нейроинтерфейсы, которые способны воспринимать информацию от отдельных нейронов, а не от крупных участков мозга. Центр LIFT совместно с Федеральным центром мозга и нейротехнологий разработал гибридные микроэлектродные матрицы, которые могут принимать сигналы от синапсов нейронов. На основе таких технологий в будущем будут разработаны миниатюрные нейроимпланты. Кроме того, такие матрицы позволят изучать взаимодействия между отдельными синапсами.
«Прорывные достижения, обеспечивающие национальный технологический суверенитет РФ в области нейротехнологий, могут быть достигнуты только при обеспечении междисциплинарного взаимодействия клинических и фундаментальных нейронаук с точными, естественными, инженерными, гуманитарными науками», — завершил Белоусов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
