У МФТІ відкрив лабораторію відомий фахівець в області електрофізіології серця, професор університету штату Вашингтон в Сент-Луїсі Ігор Єфімов - випускник фізтеху 1986 року. Він розповів кореспонденту журналу МФТІ «За науку» про плани роботи в alma mater і тут ми наводимо це інтерв'ю повністю.
- Чим буде займатися ваша лабораторія в МФТІ, в чому її відмінність від американської групи.
Проект, для якого ми отримали фінансування лабораторії на фізтеху, переважно теоретичний. Взагалі зараз я більшою мірою експериментатор, але колись був теоретиком. І у мене накопичилася величезна кількість даних про різних експериментальних моделях серцевої діяльності, в тому числі людської.
Те, що заплановано на фізтеху, буде називатися «Лабораторія фізіології людини». Тобто ми хочемо побудувати тут таку структуру, яка займатиметься розробкою теоретичних і експериментальних технологій, пов'язаних з електрофізіологією серця і мозку.
На першій стадії (проект трирічний) ми сконцентруємося на теорії. Заплановано і експеримент, але в основному це буде комп'ютерне моделювання. У моїх лабораторіях в Сент-Луїсі і Бордо (там я теж працюю) вже дуже багато експериментальних напрацювань, і у мене завжди була необхідність знайти колектив, з яким я міг би співпрацювати в галузі комп'ютерного моделювання та нових технологій, зокрема, 3D-друку .
- Про які завдання йде мова?
Ми розробили новий клас приладів, які дозволяють робити медицину індивідуальної. Це моніторинг, налаштований на одного конкретного пацієнта: спочатку ви робите КТ або МРТ (комп'ютерна, тобто рентгенівська, або магнітно-резонансна томографія. Примітка прес-служби МФТІ). потім - повну комп'ютерну сегментацію, виділяючи цікавий вам орган (в нашому випадку - серце) і створюєте конкретну модель серця конкретного пацієнта. Далі ця форма відтворюється на тривимірному принтері, зверху наноситься мембрана, зроблена з біосумісних матеріалів. А вже по ній друкується електронний прилад, який може записувати безліч різних сигналів, а також надавати точкову терапію для серця там, де це необхідно. Тобто, якщо перекладати з англійської, вийде «діагностика з високою роздільною здатністю» і «терапія високого дозволу».
- Навіщо це потрібно, чим гірше сучасні імплантуються апарати?
Судіть самі, в сучасних кардіостимуляторах і дефібрилятора максимум два-три електрода. І це все, що у вас є, щоб записувати параметри серцевої діяльності або стимулювати її. Це дуже низький дозвіл.
Наприклад, у дефібрилятора одна з найголовніших проблем - inappropriate therapy - помилково призначене лікування. Як це відбувається? Електрод всього один, він записує сигнал всього з однієї точки, і на підставі цих недостатніх даних повинен прийняти рішення, знаходиться чи ні людина в стані раптової серцевої смерті. І якщо він знаходиться, то електрод повинен піддати серце дії значного електричного струму. На жаль, на підставі даних з однієї точки дуже легко помилитися, і зрозуміло, що виходить в результаті: людина, ні про що не підозрюючи, перебуваючи в повній свідомості, раптом відчуває страшний біль і моторошний шок.
Ми хочемо створити прилади, які дозволять цього уникнути: діагностика з високою роздільною здатністю запише не тільки цілий спектр електричних сигналів, але і механічні параметри, показник кислотності, температуру, метаболічну функцію і так далі. Всі необхідні для цього прилади гнучкі і друкуються на гнучкій мембрані.
Потім методами комп'ютерного моделювання також потрібно розробити наш прилад - такий собі ідеально сидить на серце «носок». І потім до процесу треба підключатися хірургам: розробити мінімально інвазивні методи введення такого обладнання в організм людини.
- У чому буде полягати завдання вчених на фізтеху?
Саме в цьому! Нам належить зайнятися розробкою комп'ютерних технологій, які дозволять наблизитися до процесу впровадження гнучкої електроніки в медицину. Адже побудувати такий прилад, навіть після демонстрації платформи, - це величезний шлях. Спочатку потрібно зрозуміти, де і в якому обсязі потрібно розмістити відповідний тип сенсорів. Всі вони будуть будуватися по певне захворювання.
Якщо це ризик раптової серцевої смерті, то потрібна діагностика, потрібно визначити, з якою щільністю прилади ставити, щоб забезпечити мінімальну достатність інформації - і тут мова йде вже про pH. Якщо ми говоримо про серцевої аритмії, ішемічної хвороби - все це різні випадки, що потребують індивідуального підходу, індивідуального набору сенсорів. І все це буде заздалегідь розраховуватися на моделях.
Навіть коли ми зрозуміли, де саме ми будемо спостерігати серце, залишається багато питань. Наприклад, будь-який сигнал зашумлений фоном, іншими явищами. І треба зрозуміти, як виокремити з спостережуваної картини сигнал саме від тих відділів серця, які представляють собою ризик. Це теж буде завданням для нас.
- На фізтеху вестимуться тільки роботи по діагностиці серця?
Ні, подібні завдання ставляться і для нейрофізіологів. Заступником завідувача лабораторією буде Рубін Алієв, він якраз займався нейрофизиологией і розроблятиме застосування нашої платформи в цьому напрямку. Там є і чисто математичні завдання - потрібно оптимізувати наявні математичні моделі серця під наше застосування. Адже загальні моделі величезні, і моделювати на них складно навіть з найпотужнішими суперкомп'ютерами.
- Які перспективи у лабораторії?
Я будую її з орієнтацією на стратегічну перспективу. У перші три роки у нас є грант МФТІ, ми будуємо лабораторію, шукаємо людей і підбираємо обладнання. Я сподіваюся, що за цей час у нас виділяться і виростуть якісь напрямки, які можуть стати експериментальними. Також і у МФТІ з'явиться відповідна інфраструктура для експериментальної науки. У Сент-Луїсі у нашій лабораторії є доступ до великої бази органів для роботи in vitro, причому це не тільки серця невеликих тварин, а й людські органи. Те ж потрібно зробити і в Росії в партнерстві з медичними установами.
- А в Росії таке можливо законодавчо?
Ця необхідність назріла не тільки для науки, але й для клінічної практики. Скажімо, в США законодавство в цій області дуже опрацьовано і, наприклад, якщо людина загинула в автомобільній катастрофі, його органи можуть врятувати відразу кілька життів: оперативно готуються до пересадки не тільки серце, а й печінку, нирки, легені і так далі. Але серце - це найважча частина, тому що критерії для пересадки дуже жорсткі. І ось коли серце по якомусь параметру не підходить для пересадки, його передають нам, ученим, і ми можемо вивчати процеси в ньому in vitro. Так ми отримуємо дані про фізіологію людини. Зараз у нас такі дані є, але вони ще чекають систематичної теоретичної обробки. У моєму університеті в США просто немає колективу, який міг би це робити, а на фізтеху такі фахівці світового класу - з вищої математики, з моделювання, - є.