Ровно месяц прошел с предыдущей «плавучей» конференции на Волге, и снова теплоход «Константин Воротков» принимает ученых со всего света — в этот раз на симпозиум «Актуальные проблемы биофотоники».
Нынешний симпозиум, седьмой по счету, организован Институтом прикладной физики РАН и Приволжским научно-медицинским университетом. Более 150 ученых и специалистов прибыли из 20 стран мира, что говорит о колоссальном интересе к симпозиуму со стороны мирового научного сообщества.
В числе участников как «ветераны», не пропустившие ни одного из семи мероприятий, так и новички, посетившие нынешнюю конференцию впервые.
Достаточно узкая специализация тематики конференции с лихвой компенсируется высочайшими темпами развития этой отрасли медицинской науки, и развивается она, по словам президента РАН А.М. Сергеева, не только вширь, но и вглубь. Именно биофотоника нам помогает пролить свет — в буквальном смысле — на множество тайн живого организма, чтобы увидеть невидимое и достичь недостижимого.
А.М. Сергеев сравнил проходившую здесь же месяц назад конференцию по нелинейной физике с нынешней:
Конференция «Рубежи нелинейной физики» — более широкая, включающая в себя много разных наук. Биофотоника — пока единая наука, но она быстро растет и развивается. Отличается и контингент участников конференции. Во-первых, почти половина иностранцев — из Китая. Это говорит о том, что Китай, вкладывая большие средства в науку и выбирая самые новые направления, которые могут в ближайшее время «выстрелить», особое внимание уделяет как раз развитию биофотоники. Кроме того, в рамках этой конференции организованы российско-китайские рабочие группы. Во вторых, здесь больше молодежи и больше общения, дискуссий.
СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ ВИНОГРАДОВ, ПРОФЕССОР БИОХИМИИ И БИОФИЗИКИ ПЕНСИЛЬВАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА (США):
Сергей Андреевич, с чем вы приехали и чем занимаетесь?
Моя группа — химическая и спектроскопическая. Один из проектов, который как раз был интересен участникам этой конференции, — разработка метода для визуализации распределений кислорода в живых тканях. Этим мы занимались более 20 лет и разработали технологию, которая применяется теперь в разных областях биологии. В частности, есть большой интерес со стороны людей, которые занимаются онкологическими исследованиями. Ведь кислород — это фундаментальная молекула для метаболизма. И знание того, как он распределен в тканях, может принести информацию о том, как устроена физиология болезни или, например, как можно болезнь лечить. Это также очень интересно для нейрофизиологии, поскольку вопросы, связанные с активацией нейронов и передачей сигналов между ними, всегда сопряжены с их метаболизмом. И кислород как непосредственный участник метаболизма выступает как маркер активности. Поэтому, регистрируя кислород, можно вживую, в реальном времени, наблюдать, что происходит с метаболизмом и когда происходит активация.
Вы занимаетесь наукой в США. Где и как начиналась ваша научная карьера?
Я защитил диссертацию в Москве на химическом факультете МГУ и поехал делать постдокторскую работу в США. У меня не было плана оставаться в Штатах или возвращаться оттуда, просто я продолжал работать. А дальше дела пошли, и мы начали разрабатывать эту кислородную технологию. Она связана не только с химией, это целый спектр наук — от постройки инструментов и написания программ до развития самих применений. Меня это увлекло, и уже больше 25 лет я работаю в Америке.
Какой из ваших нынешних проектов вызывает наибольший интерес?
У меня есть одно очень интересное направление. Мы пытаемся построить молекулы, которыми можно управлять люминесценцией с помощью магнитных полей. Это интересная тема, потому что имеет отношение к так называемым квантовым эффектам в биологии. Выбранный нами подход к решению этой задачи очень сильно перекликается с тем, как птицы, по-видимому, ориентируются в магнитном поле Земли. Мы используем такие же принципы, чтобы построить молекулы: если к ним поднести магнит— они засветятся, убрать — перестанут светиться. Зачем это нужно?
С научной точки зрения, это просто интересно — сможем сделать или нет. А с практической... Изначально я думал, что если создать такие структуры и они будут действительно хорошо работать, то можно будет, например, сильно увеличить разрешение трехмерной оптической томографии с помощью градиентов магнитных полей. С другой стороны, с помощью оптики и света можно было бы сильно увеличить чувствительность магнитно-резонансной томографии. Но это пока на начальной стадии.
Каким образом это может применяться на практике?
Это диагностика, но не только. Например, есть такой метод лечения рака, который называется «фотодинамическая терапия». Берут специальную краску, пытаются сделать ее такой, чтобы она попадала только в опухолевую ткань. Затем используют максимально направленный источник излучения, чтобы эту краску освещать, и в этом месте производится фототоксический эффект на ткань. Проблема в том, что как бы вы ни пытались доставлять направленный свет в ткань на глубине, из-за рассеивания это сделать практически невозможно. А теперь представьте, что процесс возбуждения и генерации фототоксичности можно было бы сфокусировать в нужной области ткани на глубине с помощью магнитных полей. Градиенты магнитного поля внутри ткани можно регулировать очень точно. Таким образом можно увеличить эффективность доставки излучения.
В какой стадии эти разработки находятся сейчас?
Там есть некоторые принципиальные сложности, и я пока не берусь сказать, сможем мы их решить или нет. Это очень тонкие нюансы, о которых трудно рассказать доступно в коротком интервью.
Что еще интересного происходит в вашей лаборатории?
Есть такое явление — апконверсия энергии: берется инфракрасный свет, а возбуждается видимая эмиссия, которую можно дальше использовать в постройке изображения. Для этого применяют специальные хитрые наночастицы, в которых многофотонное возбуждение происходит с помощью взаимодействия последовательно образующихся экситонов. Они, в свою очередь, осуществляют диффузию внутри нанокристалла, а потом аннигилируют с образованием фотона более высокой энергии. И этот метод работает. Такие частицы можно использовать в биологических системах. Недавно мы сделали работу, где показали, что можно производить многофотонную микроскопию сосудов мозга не фемтосекундными лазерами, а простыми лазерными диодами с помощью этих частиц. Но просто так видеть морфологию ткани для биологии не очень интересно. Интересно что-нибудь количественно измерить. На сегодня с такими частицами измерить что-то функциональное довольно сложно. Над этим мы также трудимся. Пытаемся их сигнал «пришить» к каким-то интересным биологическим измеряемым величинам.
Какой-то выход есть или это пока тупик?
Есть, но пока нереализованный. Можно использовать перенос энергии, но проблема в том, что частица, хоть она и маленькая, все равно слишком велика. И если хромофор, который забирает энергию из этой частицы, поместить на ее периферии (а больше его нельзя поместить нигде), то перенос осуществляется неэффективно. Но есть ходы, потому что люди теперь делают частицы, которые еще ярче и меньше, а мы можем их окружить оболочками, в которые нужно «набить» побольше хромофоров. Возможно, когда-нибудь мы преодолеем это ограничение. Но пока об этом говорить рано.
Такого типа разработки с переносом энергии, то есть миграция экситонов, — процесс известный, с физической стороны там ничего нового нет. Но все дело в аккуратной химической «кухне». Когда мы создадим такую «кухню», тогда и будем докладывать об этом.
АММАСИ ПЕРИАСАМИ, ДИРЕКТОР ЦЕНТРА КЛЕТОЧНОЙ ТОМОГРАФИИ, ПРОФЕССОР БИОЛОГИИ И БИОМЕДИЦИНСКИХ
ТЕХНОЛОГИЙ ВИРГИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА (США):
Доктор Периасами, это не первая ваша конференция?
Для меня это пятая конференция. Моя сфера интересов — методики оптической визуализации, используемые для изучения различных заболеваний, таких как рак, диабет и т.д. Здесь много говорят о новом подходе к применению методик оптической визуализации для диагностики и анализа данных, где глубинное и машинное обучение в последнее время стали очень популярны в сфере клинических исследований.
Каким образом ваша непосредственная область исследований связана с этой тематикой?
Я физик и инженер-биомедик. Моя область исследований — разработка новых технологий для диагностики заболеваний в их начальной стадии. В качестве примера возьмем рак простаты. В настоящее время он диагностируется в той стадии, когда уже развился. Я занимаюсь разработками на молекулярном уровне, измеряя метаболизм, чтобы отследить заболевание на ранней стадии. Это можно осуществить, если взять анализ крови у пациента и измерить в нем окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), используя технику визуализации времени жизни флуоресценции. Это неинвазивный метод, который предоставляет детальную информацию по раннему обнаружению этой разновидности рака. Кроме того, я работаю над диагностированием лейкемии, где применяется тот же подход: мы замеряем метаболизм и отслеживаем процесс развития заболевания. Мы планируем в обоих случаях проводить клинические испытания с использованием методики времени флуоресценции ОВП.
Это новый подход к анализу данных, который я разработал. Если направить свет на ткань или клетки, он поглощается по-разному. Таким образом, когда мы замеряем исходящий от образца сигнал, он дает разное излучение. Чтобы уменьшить количество оптических артефактов, имеющих место в процессе визуализации, мы разработали новый метод, позволяющий отделить артефакты от сигнала, и он прекрасно работает для живого организма. Когда свет падает на ткань, он производит различные артефакты, и это дает возможность разграничить гликолиз и окислительное фосфорилирование за счет метода сегментации изображения. Мы можем измерить метаболизм в митохондриях; мы также можем увидеть дисфункцию митохондрий. Именно над этим мы работаем.
Насколько отличаются сигналы от разных видов рака? Другими словами, можно ли отличить один вид рака от другого этим методом?
Очень хороший вопрос. Вполне вероятно, что интенсивность метаболизма будет изменяться в зависимости от разновидности рака, то есть теоретически это возможно. И здесь снова вступает в действие глубинное обучение. У нас может быть огромное количество данных, которые покажут, от какой клетки поступил сигнал — здоровой или раковой. Большинство онкологических механизмов связаны с дисфункцией митохондрий. Но сейчас исследования в основном направлены на возможность отличить нормальную клетку от раковой с помощью опытов на животных с целью улучшить понимание развития рака с течением времени. Отвечая на ваш вопрос: да, это возможно, но надо понимать, что распознать два или три вида рака одним замером довольно проблематично.
Если сравнивать ваш метод с традиционной диагностикой при помощи онкомаркеров, насколько он надежнее?
Не скажу, насколько он надежнее, нужны дополнительные исследования. Ноя точно могу сказать, что наша методика более чувствительная. Мы пытаемся выявить рак на ранних стадиях. Если мы снова возьмем в качестве примера рак простаты, то обычный метод диагностики с помощью простатического специфического антигена (ПСА) показывает результат при значениях 6 и выше. С помощью метода замера метаболической активности мы пытаемся зафиксировать ранние стадии при значениях ПСА. равных 1 или 2.
При такой чувствительности возрастает роль ложноположительных и ложноотрицательных результатов. Как ваша методика с этим справляется?
Ложноположительные и ложноотрицательные результаты случаются во всех экспериментах. Но чем больше данных мы будем в состоянии обработать, тем меньше у нас окажется ложных результатов. Поэтому необходимо сравнить нашу методику с традиционными методами, собрать все эти данные и проанализировать статистическую изменчивость результатов.
Можно ли применять эти методики для диагностики рака уже сегодня? Или это пока в стадии разработки?
Некоторые методики еще в разработке. Конечно, медики не готовы применять какую-то методику на живых пациентах, не будучи стопроцентно уверенными, что она работает. Мы вместе с докторами изучаем, как методика работает с клетками культуры тканей, с нормальными и раковыми клетками, чтобы использовать эти результаты для демонстрации работоспособности методики. Конечно, при условии, что пациент согласится предоставить образец, а врач позволит нам его взять.
Что медики говорят про этот метод?
Они в восторге. Во-первых, он неинвазивный — не нужно делать операцию, чтобы понять, есть ли у пациента рак. Во-вторых, он позволяет выявлять заболевание на очень ранних стадиях. Для этого просто требуется взять кровь на анализ и измерить уровень метаболизма. Как я уже отмечал, в случае рака простаты диагностика по ПСА показывает значение только 6 и выше — это означает, что рак уже развился. А мы хотим снизить это значение и понять, способен ли оптический метод обнаружить его на ранних стадиях.
Очень хочется, чтобы это сработало. Что- нибудь еще хотите добавить?
Да, у меня есть предложение. Я занимаюсь организацией международной конференции по мультифотонной микроскопии в Сан-Франциско и международной рабочей группы по межбелковому взаимодействию в Виргинском университете в Шарлотсвилле. После заседания мы всегда собираемся и обсуждаем, как еще можно улучшить наши методики. Например, анализ данных с помощью глубинного и машинного обучения широко используется в этой области исследований, и я думаю, что такой подход должен быть включен в подобные конференции как отдельный подраздел. Это здорово бы помогло, если бы мы могли за минуту проанализировать огромные массивы данных от пациентов, — медикам бы это очень понравилось, такое быстродействие действительно поражает воображение. Таким образом можно ускорить процесс и расширить междисциплинарные исследования.
АЛЬФРЕД ФОГЕЛЬ, ДИРЕКТОР ИНСТИТУТА БИОМЕДИЦИНСКОЙ ОПТИКИ УНИВЕРСИТЕТА ЛЮБЕКА (ГЕРМАНИЯ):
Доктор Фогель, насколько подобный формат проведения конференции отличается от форматов других конференции, в которых вам доводилось участвовать?
Разница колоссальная. С натяжкой можно было бы сравнить с Гордоновскими конференциями в США, но здесь получается плавучая Гордоновская конференция, да еще и с экскурсиями. Это отличный формат, сочетающий в себе высочайший научный уровень с осмотром достопримечательностей. На первых конференциях не было такого масштаба, но очень скоро новость о таком формате облетела весь мир, и сегодня это мероприятие достигло того уровня, когда профессора предпочитают присутствовать лично, а не отправлять коллег. Уровень научного обмена весьма высок.
Здесь много молодых ученых и аспирантов, но достаточно и крупных ученых с мировым именем. Как вам удается обращаться ко всем одновременно и поддерживать их интерес?
Мне кажется, в одном только выступлении это сделать невозможно. Каждому из нас дается всего 20 минут, приходится выступать очень сжато. Поэтому мы стараемся наилучшим образом все объяснять для максимально обширной научной аудитории. Но поскольку мы все находимся на корабле, у нас полно времени обсудить различные вопросы после выступления. Очень часто во время завтрака, обеда или ужина, когда мы сидим за одним столом, мне задают различные вопросы, и тогда уже можно корректировать ответ в зависимости от уровня собеседника. Мне очень нравится формат конференции на корабле, когда число людей ограничено и при этом присутствует интенсивное персональное общение.
Давайте перейдем теперь к вашей сфере деятельности. Над чем вы сейчас работаете?
Я директор Института биомедицинской оптики в Любеке. Это центр оптической когерентной томографии Германии. Спектр моих личных исследований, как и исследований института, чрезвычайно широк — от лазерной терапии до оптической диагностики. Мы в большом объеме занимаемся нелинейной микроскопией и биофотонными исследованиями, работаем с фотобиологией и фотодинамической терапией.
Моя личная работа началась с исследований по лазерной терапии, импульсных лазеров и плазменных эффектов — в частности, внутриглазной микрохирургии. Это было в 1980-1990-х гг. Меня всегда интересовало доскональное исследование механизмов взаимодействия ткани и лазера, который применяется в терапевтических целях, и я продолжаю этим заниматься. В последнее время мой интерес сместился в сторону клеточной нанохирургии, проводимой с помощью остро сфокусированных лазерных лучей, и сейчас мы проводим исследования механизмов фотоповреждений в нелинейной микроскопии. Людям хочется получать изображения максимально быстро, но увеличение мощности может привести к повреждению биологического материала. С другой стороны, если будет известно, каким образом лазерное излучение меняет свойства тканей и клеток, можно установить связь между фотоповреждениями в нелинейной микроскопии и нанохирургией. Здесь огромное и практически непаханное поле для исследований. Обо всем этом я рассказываю на конференции, и над этим мы работали в течение последних лет.
Наверняка на этом поле есть где развернуться в плане экспериментов?
Да, и я этим занимаюсь, объединяя множество различных методик. При использовании единичных импульсов можно создавать микроскопические нановзрывы. А серии импульсов дают совершенно другой эффект и превращаются в кинетический процесс. Термические эффекты представляют собой кинетический процесс, где учитываются время и температура. Аналогичная ситуация наблюдается в нелинейных эффектах с сериями фемтосекундных импульсов. Здесь уже учитывается не только излучение, но и его суммарная доза. Со временем эффекты фотоизменений накапливаются. Сначала возникают промежуточные фотопродукты, наличие которых может ускорить процесс изменений, и в какой-то момент это приводит к образованию микропузырьков. Пузырьки образуются по тому же принципу, что и после единичных импульсов, но они уже другого типа — это пузырьки газа, которые получились за счет распада биомолекул. Таким образом, плазменные эффекты — это чрезвычайно широкое поле. Мы регистрируем физические явления, связанные с последующим сканированием в многофотонной визуализации, с целью отслеживания кинетики фотоповреждений. Это поможет нам в понимании базовых механизмов.
Как насчет клинического применения?
Мое влияние на клиническую сферу — скорее опосредованное. Мы занимаемся исследованиями базовых механизмов лазерной терапии, а сейчас рассматриваем механизмы, приводящие к мельчайшим изменениям в тканях в результате воздействия ультракоротких лазерных импульсов. Я много писал о взаимодействии ткани и лазера, и меня многие цитировали, включая разработчиков лазерной терапии, которые хотят понять принципы взаимодействия между лазером и тканью. Это помогает им в оптимизации методов и внедрении их в медицинскую практику.
Главное — что оно присутствует. Хотите добавить что-нибудь еще?
Да, и считаю очень важным это сказать. Как я говорил в своем вступительном слове, мы все живем на одной планете, и эта планета достаточно маленькая. Нам следует научиться мирно сосуществовать, в равновесии с природой. Но ситуация выходит из-под контроля, и именно ученые находятся на переднем крае всемирного обмена информацией. Мы говорим на одном языке — на английском, но мы также говорим на языке науки. Мы исследуем реальные факты и опираемся на них, а не на придуманные фальшивки, как это делают другие. На этом корабле мы общаемся с людьми из самых разных стран и культур — это еще одна важнейшая причина, по которой я так люблю приезжать на эту конференцию. И последняя причина — это русское гостеприимство. Мне всегда нравились празднества, музыка, культурные мероприятия, которыми сопровождаются конференции по биофотонике, и особенно вдохновляет сердечный прием, который оказывает российская сторона такому количеству гостей со всего мира.
СТЕФАН АНДЕРСОН-ЭНГЕЛЬС, ПРОФЕССОР, РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛА БИОФОТОНИКИ В НАЦИОНАЛЬНОМ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ИНСТИТУТЕ ИМ. ДЖОНА ТИНДАЛЯ (ИРЛАНДИЯ):
Я слышал, что вы — завсегдатай этого мероприятия?
Да, я участвовал во всех семи конференциях, так что знаком и с кораблем, и со многими участниками. Здесь прекрасная дружеская атмосфера. Я часто езжу на конференции в разные страны, и, как правило, процент российских ученых там очень низок. Здесь же я имею возможность общаться с большим количеством российских и восточноевропейских коллег. Ну и сам формат с годами был усовершенствован и прекрасно себя зарекомендовал.
Чем был вызван ваш изначальный интерес к России?
Я вырос в Швеции, и Советский Союз был для нас закрытой страной. Мы не имели возможности туда поехать, хотя он был так близко. Вообще, история Швеции очень тесно связана с историей России. В течение многих столетий Россия и Швеция воевали друг с другом. Путешествуя на корабле, мы словно заново переживаем многие исторические события. Некоторые конференции берут свое начало в Санкт-Петербурге и проходят исторические места, о которых мы все читали в книгах по истории. Так что все это очень занимательно.
Что привело вас на эту конференцию?
Возможность сотрудничества. Когда я впервые услышал о корабле, я подумал, что такая «закрытая» конференция позволит мне познакомиться с коллегами, которых я иначе никогда бы не встретил. Идея мне показалась очень заманчивой. И первая же конференция увенчалась успехом.
Расскажите, чем вы занимаетесь.
В Швеции я работал с лазерной спектроскопией, над ее обширным применением, пытаясь решить множество клинических вопросов. Мы тесно сотрудничали с медиками, выясняли, с какими проблемами они сталкиваются и как мы можем им помочь. Затем мы занимались поисками возможных решений их проблем.
Недавно я перебрался в Ирландию, где собрал научную группу в Национальном научно-исследовательском институте им. Джона Тиндаля. Мы работаем над аналогичными задачами, только теперь уже в институте, который специализируется на разработке компактных устройств. Это означает, что однажды разработав такую систему, мы сможем ее легко интегрировать в существующее медицинское оборудование, которое хирурги используют сегодня. Его легко можно сделать компактным и применять в клинической практике. Это первая причина моего переезда. Вторая причина заключается в том, что в Ирландии базируются 25 компаний, занимающихся производством медицинского оборудования, и это сильно облегчает переход от исследований к внедрению.
О каких конкретно разработках идет речь?
Приведу несколько примеров. На конференции я представил продукт, который помогает недоношенным младенцам — детям, родившимся до наступления 39-й недели беременности. Как правило, у них недоразвиты некоторые органы, включая легкие. Недоразвитие легких создает серьезную угрозу жизни ребенка. Мы предлагаем отслеживать его состояние и помогаем ему дышать, потому что если он плохо дышит, то это может привести к повреждению головного мозга и дальнейшим серьезным последствиям. В Национальном научно-исследовательском институте им. Тиндаля мы пытаемся разработать устройство, которое бы следило за кожей младенца и по ней определяло, насколько хорошо у него работают легкие в целом и каждая их доля в отдельности. Сегодня доктора делают ежедневные рентгеновские снимки, но это не очень хороший вариант для новорожденных. Кроме того, снимок производится раз в сутки, а мы хотим создать инструмент для мониторинга состояния легких в реальном времени. Если у нас все получится, то наша система принесет много пользы.
А другие примеры есть?
Расскажу об одном футуристическом проекте. Мы хотим использовать свет, чтобы смотреть вглубь тела и получать изображения с таким же разрешением, как у ультразвука. Проблема в том, что свет очень сильно рассеивается, поэтому мы можем получать снимки высокого разрешения только на малой глубине, а если посмотреть глубже, то рассеивание света очень сильно ограничивает возможности изображения. Мы пытаемся объединить ультразвук и свет, чтобы взять лучшее от обеих методик. Это потенциально сможет предоставлять изображения с пространственным разрешением, которое соответствует ультразвуковой диагностике в субмиллиметровом диапазоне, а также показывать контраст между различными видами тканей в зависимости от их молекулярной структуры, измеренной светом. Это также позволит проникать глубоко в ткани, обеспечивая функциональные изображения внутренних органов.
Футуристический — это означает, что проект находится еще в зачаточной стадии?
Футуристический в том смысле, что нам еще нужно разработать инструменты, которые позволят все это обеспечить. На данный момент мы изучили все эти инструменты отдельно, и они работают. Теперь предстоит объединить их в одну систему. Выполнение этой задачи позволит видеть на 15 см вглубь человеческой ткани. Но мы хотим видеть на 30 см, что потребует дополнительных разработок. И у нас уже есть идеи, как этого достичь.
Насколько это далекое будущее, на ваш взгляд?
Внедрение медицинского оборудования всегда занимает много времени. Даже если мы покажем принцип действия, на это уйдет от 10 до 15 лет, прежде чем система поступит в клиники. Но мы еще даже не готовы показать принцип действия, так что будет еще дольше. Я к тому времени уже выйду на пенсию.
Дала ли эта конференция вам новые идеи для ваших проектов?
Любая конференция многое дает, мы всегда учимся. Если мы не учимся чему-то каждый день, это уже не исследование. Но тут важен еще один аспект — мотивация: начать сотрудничество, стимулировать человека получить докторскую степень и т.д. Есть много способов взаимодействия и укрепления сотрудничества, и мы по мере возможности стараемся о них помнить и использовать на практике.
АРДЖУН ЙОУД, ДИРЕКТОР ЛАБОРАТОРИИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ СТРОЕНИЯ МАТЕРИИ, ПРОФЕССОР КАФЕДРЫ
РАДИАЦИОННОЙ ОНКОЛОГИИ ПЕНСИЛЬВАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА:
Профессор Йоуд, вы один из новичков на этой конференции. Почему вы решили примкнуть?
Да, это моя первая конференция такого рода. Я слышал о ней на протяжении почти 20 лет, но пару лет назад два моих студента — они теперь оба уже в статусе профессоров — приняли участие в такой конференции, и оба рассказали, как это было здорово. Они оказались правы: здесь блестящая программа, прекрасные люди. Мне посчастливилось получить новые знания, рассказать другим о своей работе и впервые побывать в России.
И как впечатления?
Замечательно! Я даже не представлял, насколько будет здорово на корабле. Даже на Гордоновских конференциях, несмотря на то что мы находимся на изолированной территории, всегда можно выйти погулять и уйти достаточно далеко от места проведения. Здесь же никуда ни от кого не денешься. И это в гораздо большей степени способствует общению.
Удалось извлечь что-нибудь полезное для себя за это время?
Даже после двух дней я узнал много нового. Лучший способ получать новые знания — это общаться с людьми. Например, я узнал о термогенетике — аналоге оптогенетики. Для меня это что-то совершенно новое и очень интересное. Я также услышал несколько любопытных идей о поведении митохондрий и метаболизме в онкологии. Конечно, я рассчитывал узнать что-то новое по этой теме, так что разочарованным я точно не остался.
Какие темы раскрываете вы?
Моя работа связана с использованием света для изучения тканей человека и возможностей диагностики тканей, расположенных на глубине от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров под поверхностью кожи. Это могут быть ткани коры головного мозга, который мы изучаем с помощью оптоволокна и специального датчика. Таким образом мы замеряем кровоток и гемодинамику ткани и пытаемся понять, есть ли там травма и как она реагирует на лечение. Это и была моя основная тема выступления.
Я также говорил о том, как нам лучше понимать распространение рассеянного света: представьте, что вы подносите фонарик к ладони. И в конце я приводил примеры, как нам использовать это понимание, чтобы узнать больше о тканях.
А нам можете привести такие примеры?
Первый пример. При ишемическом инсульте блокируется кровоток к части головного мозга. Метод, практикуемый моими коллегами-медиками, называется механической тромбэктомией: в кровеносный сосуд продевается специальное устройство, которое захватывает тромб, блокирующий кровоток, и извлекает его. Мы представили предварительные результаты, где можно наблюдать кровоток до и после тромбэктомии, и они показали, что кровоток усилился. Мы можем помочь медикам регулировать кровоток после проведения операции. И это, мне кажется, очень важный результат.
Другой пример. В онкологии можно с помощью оптических измерений прогнозировать, будет ли эффект от химиотерапии. Если на ранних этапах выяснится, что она не сработает, то можно вовремя подобрать другое лечение. Мы находимся только в начале пути, но я считаю, что оба этих примера будут очень важными для медицины.
Еще я рассказывал о том, как анализировать данные по раковой опухоли, которая подвергается терапии. Мы обнаружили, что вместо того, чтобы использовать первичные оптические данные, можно статистически анализировать и сопоставлять данные от очага поражения и от нормальной ткани, и на этом основании делать прогнозы. По сути, это новый алгоритм анализа данных. Такой метод не имеет широкого применения, и я был удивлен, что многие о нем даже не слышали. Данный подход может применяться для различных визуальных наблюдений не только в онкологии, потому что он, по сути, обходит проблему нормальных колебаний в различных показаниях у конкретного пациента.
Это оборудование уже существует в каком- то реальном воплощении или пока только в теории?
Я экспериментатор, поэтому все время что-то создаю. Я создаю устройства для выполнения этих измерений. Конечно, здесь есть и элемент теории, поскольку необходимо понимать, как конвертировать собранные данные в информацию по тканям. С другой стороны, мы делаем инструменты с тем расчетом, чтобы с ними было удобно работать нашим коллегам-медикам в госпитале Пенсильванского университета. Поэтому я возлагаю большие надежды на то, что наша работа будет воплощена в практику.
То есть это уже сейчас применяется?
Применяется в клинике, но пока в исследовательских целях. Я работаю с медиками, которых все это очень вдохновляет. Так что мы проводим то, что я бы назвал пилотными клиническими испытаниями — в отличие от полномасштабных испытаний.
Когда, по-вашему, это можно будет запустить в повседневное использование?
Я оптимист. Если произвести все инструменты и обучить персонал, то медики уже через год смогут ими активно пользоваться. Но это очень оптимистичный прогноз. Более реальный срок — в течение пяти лет.
Это все касается диагностики и сбора данных. Насколько ваша работа связана непосредственно с лечением?
Моя работа больше предполагает диагностику и исследование, чтобы показать эффективность выбранного курса лечения и изменить его в случае необходимости. При этом лечение может проводиться при помощи лазеров, фармпрепаратов или хирургических инструментов. Мы смотрим, насколько лечение справляется с поставленной задачей. На этой конференции были и другие интересные выступления на тему применения лазеров, например о фотодинамической терапии. Я сам об этом не рассказывал, но мы в лаборатории этим также занимаемся, хотя в основном наша тема — это диагностика и исследование с целью подбора оптимального метода лечения или терапии.
Есть ли среди ваших разработок что-то совершенно новое, еще даже не протестированное, но имеющее перспективу?
Конечно, у нас много новых разработок, о которых я не рассказывал. Например, такое техническое новшество: можно проводить замеры гораздо чаще, чем это сейчас делается, — вместо одного раза в секунду 100 раз. Возьмем кровоток. Мы получим возможность отслеживать практически в реальном времени его усиление и ослабление в зависимости от сердечного ритма. Это откроет новую возможность проведения замеров — по аналогии с электрическими сетями. Мы можем вычислить сопротивление электрической цепи, замерив изменения напряжения и силы тока. Аналогично мы сможем вычислить «сопротивление» сосудистой сети. Я считаю, что это способно стать крайне полезным инструментом. Можно этим же методом измерять давление в головном мозге. Так что у нас много интересных разработок и мы с удовольствием ими занимаемся.
■
Подготовил Виктор Фридман
