В июле этого года ведущие специалисты в области биофотоники со всего мира собирались в Нижнем Новгороде для обсуждения главных вопросов науки о взаимодействии фотонов и биологических объектов. Уже в седьмой раз Институт прикладной физики Российской академии наук и Приволжский научно-медицинский университет провели Международный симпозиум "Topical Problems of Biophotonics". Главные темы TPB-2019 - оптический биоимиджинг, клиническая биофотоника, биофотоника в исследованиях онкологических заболеваний и стволовых клеток. Председатель симпозиума Илья Турчин рассказал об истории создания симпозиума и о развитии биофотоники.
Турчин Илья Викторович – заведующий отделом радиофизических методов в медицине и заведующий лабораторией биофотоники Института прикладной физики РАН, кандидат физико-математических наук.
- Как возникла идея объединить ведущих ученых в одном месте, на борту теплохода?
- Пожалуй, идея создания симпозиума «Актуальные проблемы биофотоники» принадлежит Александру Михайловичу Сергееву. Такой формат проведения конференций уже был популярным в Институте прикладной физики РАН, правда, по другим тематикам – физике плазмы и лазерной физике. И Александр Михайлович предложил организовать конференцию по биофотонике, которая с 2000-х гг. набирала популярность.
Первую конференцию мы организовали в 2007 году, объединив усилия Института прикладной физики РАН, Нижегородской государственной медицинской академии (теперь это Приволжский исследовательский медицинский университет) и Нижегородского университета имени Н.И. Лобачевского. На тот момент я был еще только ученым секретарем конференции Оптического биоимиджинга, а ее сопредседателем была Наталия Михайловна Шахова. Первый опыт был довольно удачным, но все участники отмечают, что уровень конференции существенно вырос с тех пор.
- Вы упомянули, что биофотоника начала развиваться с 2000-х гг. Что послужило толчком этого развития?
- Скорее всего, речь идет о совокупности разных факторов. Прежде всего, повлияло развитие лазерной физики – создание новых, компактных, мощных источников излучения, а также высокочувствительных оптических детекторов.
Также большое влияние оказало развитие вычислительной техники для работы с новыми алгоритмами, а также развитие волоконной техники, благодаря которой создавались относительно недорогие, компактные инструменты для визуализации живых систем. Ведь когда мы имеем дело с визуализацией живых систем, нам необходима компактность, высокая скорость и высокий уровень информативности.
Всё это сложилось воедино, и биофотоника как наука стала активно развиваться. Одной из первых разработок, получивших очень резкий скачок в развитии методов оптической визуализации, можно назвать оптическую когерентную томографию, что связано с появлением фемтокоррелированных источников излучения. Затем стала активно развиваться многофотонная флуоресцентная микроскопия и оптоакустика. Кстати, исследования в области микроскопии сверхвысокого разрешения были удостоены Нобелевской премии по химии в 2014 году.
"БИОФОТОНИКА – ЭТО ДЕЙСТВИТЕЛЬНО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ. ОНО ОБЪЕДИНЯЕТ И ФИЗИКОВ, И ИНЖЕНЕРОВ, И БИОЛОГОВ, И ВРАЧЕЙ. И НАША КОНФЕРЕНЦИЯ ХОРОША ТЕМ, ЧТО ЗДЕСЬ ВСТРЕЧАЮТСЯ СПЕЦИАЛИСТЫ ИЗ РАЗНЫХ ОБЛАСТЕЙ. ИНАЧЕ НЕЛЬЗЯ"
- Чем эти методы отличаются от других методов диагностики?
- Оптика привлекательна тем, что она обладает высокой молекулярной чувствительностью. Различные компоненты биологических тканей, такие как окси- и дезоксигемоглобин, вода, липиды, меланин по-разному поглощают и рассеивают свет. Спектроскопия биотканей позволяет оценивать компонентный состав тканей, тем самым получать уникальную информацию о функционировании живых систем, которую нельзя получить другими существующими методами – ультразвуковым исследованием, магнитно-резонансной томографией, рентгеновским исследованием.
В оптике также существует множество флуоресцентных маркеров, которыми можно пометить различные биологические структуры, что позволяет исследовать живые системы с рекордным контрастом.
Таким образом, оптика привлекательна как для функционального, так и для структурного исследования живых систем на самых разных масштабах – от наноструктур клеток до отдельных органов и целого организма.
- Как люди из разных областей науки работают вместе в сферах биофотоники?
- Биофотоника – это действительно междисциплинарное направление. Оно объединяет и физиков, и инженеров, и биологов, и врачей. И наша конференция хороша тем, что здесь встречаются специалисты из разных областей. Иначе нельзя.
Если биофотоникой будут заниматься только физики, то вряд ли они создадут что-то полезное для исследования живых систем. Разумеется, создание нового инструментария должно происходить при участии специалистов различных областей, в том числе врачей и биологов, которые в дальнейшем и будут его использовать.
Интересно и то, как специалисты в рамках конференции взаимодействуют друг с другом, учатся друг у друга, создают новые творческие союзы. Можно сказать, что мы используем идею знаменитого ученого В.А. Энгельгардта, привлекавшего в состав Института молекулярной биологии специалистов различных областей – физиков, химиков и биологов.
- Какая задача стоит перед учеными? К какой цели стремится биофотоника?
- Биофотоника стремится к созданию новых инструментов для клинической диагностики и лечения с использованием оптического излучения. Если говорить о биологии, то здесь важно создавать новые инструменты для изучения живых объектов с точки зрения фундаментальной науки.
Уже сегодня биологи получили в руки уникальные инструменты, которых не было раньше. Например, с помощью оптической локализационной микроскопии можно исследовать структуры клетки на уровне нескольких нанометров, что в десятки раз меньше дифракционного предела. Я считаю, что это фантастика!
Появились новые методы, которые называют гибридными. К примеру, оптоакустика, где преимущество оптических методов визуализации – высокую молекулярную чувствительность, совместили с преимуществом ультразвукового исследования – высоким пространственным разрешением. Современные оптоакустические системы позволяют получать в реальном времени трехмерные мультиспектральные изображения живых объектов, однако такие системы на сегодняшний день очень дороги, а хорошее пространственное разрешение обеспечивается только на малых глубинах, что не позволяет пока их широко применять, а это значит, что есть еще над чем работать.
Сложно перечислить это множество различных направлений, которые объединяет биофотоника. Весь уникальный инструментарий будет полезен и для медицинской диагностики, и для фундаментального изучения живых систем.
"В НАШЕЙ СТРАНЕ В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ НЕ ХОТЯТ СОХРАНЯТЬ И УЛУЧШАТЬ ТО, ЧТО ХОРОШО РАБОТАЕТ, НО СТРОЯТ С НУЛЯ, ЗАБРОСИВ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ХОРОШЕЕ И ВАЖНОЕ. И В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ ЭТО ОТНОСИТСЯ К НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИЮ – РЕФОРМЫ ПРОХОДЯТ БЕЗ ПРИВЛЕЧЕНИЯ НАСТОЯЩИХ СПЕЦИАЛИСТОВ. МНЕ КАЖЕТСЯ, ЧТО ЭТО СОВЕРШЕННО НЕПРАВИЛЬНО, НУЖНО БОЛЬШЕ ПРИСЛУШИВАТЬСЯ К ПРОФЕССИОНАЛАМ"
- Вы стояли у истоков конференции. Каким вы видите ее будущее ? Есть какие-то планы по организации следующей, которая состоится через два года?
- Мне кажется, без ложной скромности, что конференция достигла определенного успеха. Если проанализировать список участников, особенно человеку, который знает изнутри мир биофотоники, то станет ясно, что мы действительно собрали больших профессионалов своего дела. И их концентрация на квадратный метр теплохода очень высокая.
Организация такой конференции проходит очень трудно. Из-за высокой стоимости аренды теплохода есть финансовые трудности. Также большие трудности связаны с получением виз иностранцами. Например, для американцев мы должны подавать заявление на приглашение в УФМС, а потом месяц или больше его ждать, и этот пережиток прошлого никто искоренять не собирается. Но несмотря на все трудности, я думаю, что мы продолжим работать в этом формате, не стоит менять то, что хорошо работает и приносит результат. И мне бы хотелось, чтобы это посыл услышали чиновники, поскольку в нашей стране в последнее время не хотят сохранять и улучшать то, что хорошо работает, но строят с нуля, забросив действительно хорошее и важное. И в первую очередь это относится к науке и образованию – реформы проходят без привлечения настоящих специалистов. Мне кажется, что это совершенно неправильно, нужно больше прислушиваться к профессионалам.
