Российские ученые предлагают лечить атопический дерматит фуллеренами

11 фев 2016 - 05:41

В институте иммунологии ФМБА России аллергию предлагают лечить углеродными наноматериалами. Эксперименты на мышах показали, что симптомы искусственно вызванного атопического дерматита заметно ослабляются после подкожного введения водной дисперсии фуллеренов.

"Использование фуллеренов является перспективным альтернативным подходом для терапии аллергического воспаления", - говорится в свежей научной статье ученых на страницах Journal of Nanobiotechnology.

Болезнь

Атопический дерматит - это хроническое воспалительное заболевание кожи, которое чаще всего проявляется у детей и характеризуется обильными высыпаниями, а также утончением и сухостью кожных покровов. Он может осложняться вирусными или грибковыми инфекциями, с легкостью поселяющимися в ослабленной коже, и часто сопряжен с астмой и аллергическим насморком. Сам атопический дерматит тоже имеет аллергическую природу, то есть связан с нарушением работы иммунной системы организма и активизируется в ответ на специфические раздражители.

За последние 30 лет заболеваемость атопическим дерматитом на 2-10 % процента выросла у взрослых, и на 10-30 % - у детей. Впрочем, на уровне других аллергичеких заболеваний это еще скромные показатели: по оценкам, к 2020 году каждый второй ребенок на планете будет иметь ту или иную форму аллергии.

Фуллерены как лекарства

Сейчас основной причиной развития атопического дерматита считается окислительный стресс: иммунные клетки соединительной ткани начинают сверх нормы производить вещества-оксиданты, которые повреждают и разрушают клетки эпидермиса. Именно поэтому для лечения атопического дерматита ученые из института иммунологии ФМБА России предлагают использовать фуллерены - молекулы-наносферы из 60 атомов углерода, которые по данным многих работ обладают хорошими антиоксидантными свойствами. Так, в статье 2012 года прием фуллеренов внутрь увеличивал продолжительность жизни крыс почти в два раза, что объяснялось как раз возможностью фуллеренов связывать свободные радикалы.

Эксперимент на мышах

В эксперименте российских ученых лекарственные возможности фуллеренов исследовали на подопытных мышах, которых исследователи разделили на четыре группы. В трех из них у грызунов провоцировали атопический дерматит, нанося на кожу белок альбумин, который вызывал аллергическую реакцию. Параллельно мышей одной группы также обрабатывали фуллеренами, мышам второй его вводили подкожно, а мыши третьей не получали никакого лечения. Животные из четвертой, контрольной, группы в процессе эксперимента не взаимодействовали ни с фуллеренами, ни с альбумином.

Оказалось, что симптомы вызванного атопического дерматита значительно снижаются с применением фуллеренов, и особенно эффект заметен при подкожном введении. В этом случае у мышей значительно падал уровень имунноглобулина IgE (при атопическом дерматите уровень этого белка, отвечающего за мощный ответ иммунной системы на аллерген, повышен) и менялись другие характерные показатели. Положительный эффект от лечения показал и гистологический анализ.

Однозначно объяснить положительный эффект лечения углеродными наноструктурами ученые пока не могут, но медицинские анализы грызунов показали, что применение фуллеренов прежде всего вызвало корректировку иммунного ответа клеток кожи на аллергены.

Параллельно с этой работой появляется все больше исследований о вреде нанообъектов: благодаря своему размеру, они легко проникают сквозь клеточные мембраны и взаимодействуют с различными органеллами и ДНК. Поэтому токсичность своих образцов исследователи проверили в отдельной серии экспериментов на мышах, где в качестве показателя здорового развития животных были выбраны темпы наборы веса: результаты фуллереновой и контрольной групп оказались одинаковыми.

Ученые объясняют, что созданные ими фуллерены безопасны для клеток благодаря специальной технологии синтеза. Он проводится в несколько этапов и в результате получается стабильная взвесь (дисперсия) крупных агрегатов фуллеренов в воде: таким частичкам, собранным из нескольких фуллеренов, попасть внутрь клетки уже гораздо сложнее. Кроме того, поверхность этих агрегатов получается электрически нейтральной, а токсичность фуллеренов в других описанных случаях часто связывают именно с зарядом поверхности.

Результаты работы опубликованы в Journal of Nanobiotechnology.

Где рождается авиация будущего

В рамках проведения Дня Науки в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН прошёл День открытых дверей.

Посетители смогли познакомиться с деятельностью института, который занимается фундаментальными и прикладными исследованиями в авиационной и космической отраслях.

Для школьников в этот день провёл небольшую лекцию старший научный  сотрудник института Борис Михайлович Меламед, проработавший 15 лет в должности ученого секретаря института, и который оказался очень интересным рассказчиком. В зале заседаний учёного совета он рассказал ребятам об истории полётов человека, о развитии аэродинамики и авиации, о выдающихся учёных и конструкторах, создававших самолёты и ракетно- космическую технику. Лекция была познавательной и увлекательной.

Потом была проведена экскурсия по экспериментальным установкам института, где посетители могли ознакомиться с основными научными направлениями института и важными достижениями в фундаментальных исследованиях.

Школьники посетили научно-исследовательский сектор «Горение в газовых потоках» под руководством д.т.н. Павла Константиновича Третьякова.

Ребятам были показаны опыты по передаче электроэнергии на расстоянии с помощью катушки Тесла – лампочки в руках ребят загорались без проводов. Также была показана установка, на которой изучается процесс горения топлива, где посетители смогли увидеть, как можно управлять пламенем с помощью электрического поля. На другой установке решаются задачи для промышленности – для получения очень мелких порошков (наночастиц) кремния, используемых в промышленности для изготовления фотоэлементов.

Аэродинамическая база института включает комплекс аэродинамических труб (до-, сверх- и гиперзвуковых), практически перекрывающих диапазон скоростей современной авиации, ракетно-космической техники  и летательных аппаратов будущего. В лаборатории экспериментальной аэрогазодинамики под руководством  д.т.н. Валерия Ивановича Запрягаева посетители познакомились  с аэрогазодинамической трубой Т-313. Было рассказано, как в аэродинамической трубе разгоняется поток воздуха с разной скоростью – от двух до шести раз выше скорости звука, и как туда ставятся различные модели летательных аппаратов. Эти исследования помогают  узнать, как распределены температуры, давления, тепловые потоки вокруг летательного аппарата.

Были показаны и модели будущего – перспективные сверхзвуковые летательные аппараты.

В конце экскурсии учёные пригласили школьников  после окончания школы и ВУЗа к себе в институт, чтобы продолжить новые наукоёмкие технологические разработки ИТПМ. День открытых дверей получился насыщенным и интересным.

Елена Кулешова

Представитель Сколкова: напечатанный на российском 3D-принтере орган успешно вживлен мыши

10 фев 2016 - 04:50

Щитовидная железа, напечатанная на российском 3D-принтере резидентом кластера биологических и медицинских технологий Фонда "Сколково", имплантирована и успешно функционирует в организме лабораторной мыши. Печать человеческих органов возможна в горизонте 15 лет, сообщил во вторник журналистам в Новосибирске исполнительный директор кластера, вице- президент "Сколково" Кирилл Каем.

"Наш резидент - одна из пяти компаний в мире, которая научилась делать работающий биопринтер. Напечатала орган, пересадила мыши, у мыши щитовидная железа работает, выдает гормоны", - сказал Каем.

По его словам, компания-резидент ориентирована как на производство биопринтеров и их продажу, так и на дальнейшее развитие научной составляющей проекта и, в перспективе, печать органов, которые можно будет пересаживать человеку.

"Они собираются печатать и другие органы, про почку речь идет, про печень. Пока все это лабораторный уровень, но это позволит и саму машину (биопринтер - прим. ТАСС) развивать", - отметил исполнительный директор кластера биомедицинских технологий.

По его словам, при печати каждого отдельного органа используются не только различные клетки, но и задействованы разные алгоритмы, что делает проект достаточно трудоемким. К печати человеческих органов, отметил он, разработчики должны прийти через, как минимум, 15 лет.

Испытания российского экзоскелета на человеке начались в Нижнем Новгороде

10 фев 2016 - 04:47

Испытания российского экзоскелета, который поможет встать на ноги людям с заболеваниями нижних конечностей, начались в Приволжском федеральном медицинском исследовательском центре (ПФМИЦ) Минздрава РФ.

Испытания экзоскелета, разработанного учеными Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ), на добровольце - здоровом человеке проводятся в специальной лаборатории биомеханики ПФМИЦ, передает корреспондент ТАСС с места событий. Эта лаборатория, созданная при финансовой поддержке Минздрава РФ, оснащена современным оборудованием, которое позволяет исследовать новые средства реабилитации, в том числе экзоскелет без привязки пациента к приборам.

"Здесь мы можем изучить скорость движения, углы, усилия, которые затрачивает человек во время использования экзоскелета, проанализировать походку, дистанционно с помощью специальных маркеров, которые отображают сигнал на компьютер", - пояснила руководитель отделения функциональной диагностики исследовательского центра Анна Белова. Экзоскелет разработан для пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата и параличом нижних конечностей. Новый прибор поможет им передвигаться вертикально. По ее словам, разработку важно испытать на здоровых людях, чтобы она была максимально удобна и безопасна для нуждающихся.

Комфортный и удобный

Эти предварительные испытания помогут конструкторам оптимизировать экзоскелет, улучшить его функциональные возможности, полагают ученые. "Достаточно комфортно и удобно, все сделано эргономично, - прокомментировал разработку пилот экзоскелета - врач-невролог исследовательского центра Геннадий Шейко, который впервые надел аппарат на себя. - Он за меня выполняет движения, я ему не помогаю. Главное, что он может поднимать вес тела человека, двигать им. Мой вес, к слову, за 70 кг. Сам экзоскелет не тяжелый".

По словам медиков, этим испытанием начинается серия исследований экзоскелета. Далее специалисты будут изучать движения человека в аппарате, устойчивость, его безопасность и комфорт.

"В целом аппарат показал себя нормально, ожидаемо. Мы отработали подъем из положения сидя, ходьбу на месте: все функционирует, пилот не жалуется. Тем не менее, нужны определенные конструктивные доработки. Мы устраним эти проблемы и будем двигаться дальше", - отметил разработчик экзоскелета, доцент ННГУ Сергей Минеев. По его словам, для большей безопасности пациентов ученые, возможно, оснастят аппарат защитой для коленей, локтей и даже шлемом.

Испытания экзоскелета на здоровых людях продлятся около года. С лета к ним начнут привлекать пациентов-добровольцев с заболеваниями нижних конечностей.

Высокотехнологичное импортозамещение

Начало испытаний - важный шаг, который дает надежду на то, что в скором времени разработка появится в медицинских учреждениях, подчеркнул директор ПФМИЦ Николай Карякин. "У нас нет задачи завтра отчитаться, нужно сделать образец корректно. Задача сделать достойное изделие, которое и для врачей, и для пациентов будет удобным и эффективным", - сказал он. Разработка нижегородских ученых и медиков - наглядный пример высокотехнологичного импортозамещения, отметил он.

В будущем медики надеются, что экзоскелет будет внесен в перечень субсидируемых государством средств индивидуальной реабилитации. Стоимость аппарата - около 1 млн рублей. Однако, это вдвое дешевле западных аналогов, цена на которые доходит до 2 млн рублей.

Разработка экзоскелета ведется в Нейронаучном центре ННГУ в рамках федеральной целевой программы.

Экзоскелет - это устройство для восполнения утраченных функций, увеличения силы мышц человека и расширения амплитуды движений за счет внешнего каркаса. Он поможет самостоятельно двигаться пациентам с нарушениями опорно- двигательного аппарата, повреждениями спинного мозга и нижних конечностей. Как планируют ученые, к концу 2016 года устройство будет готово к коммерциализации.

Ученые создали устройство, которое поможет управлять роботом «силой мысли»

10 фев 2016 - 04:44

Ученые из Университета Мельбурна сконструировали микроскопическое устройство, позволяющее управлять электронными устройствами «силой мысли». Результаты работы представлены в журнале Nature Biotechnology, а кратко о них сообщает информационное агентство Rambler News Service.

По словам авторов исследования, устройство имплантируется в мозг через кровеносные сосуды: электродная матрица в специальном контейнере доставляется к нужной области мозга, где затем регистрирует активность нейронов. Благодаря этому и будет осуществляться управление техникой. Устройство получило название «стентрод» — он представляет собой усовершенствованную крохотную трубку, которую хирурги раньше вводили в кровеносные сосуды для улучшения кровотока.

В экспериментах с овцами ученые вставляли стентрод животным в мозговую вену, расположенную над двигательной областью коры головного мозга. Там устройство фиксировало электрические сигналы моторных нейронов. В течение всего эксперимента, длившегося 190 дней, здоровье животных оставалось в норме.

В дальнейшем ученые планируют провести клинические испытания на людях. В случае их успешного завершения устройства могут быть использованы в качестве средства контроля над машинами.

Все ли плохо в российской науке

В 2015 году количество публикаций российских ученых составило 2,12% от общемирового, в список самых цитируемых ученых мира из трех тысяч человек попали лишь два исследователя из России, а расходы на науку неуклонно сокращаются. В День науки «Газета.Ru» рассказывает о результатах 2015 года, а также о том, какие перемены грядут в 2016 году.

В 2012 году майскими указами Владимира Путина была поставлена цель: к 2015 году увеличить долю «публикаций российских исследователей в общем количестве публикаций в мировых научных журналах, индексируемых в базе данных «Сеть науки» (WEB of Science), до 2,44%».

Согласно статистике, предоставленной базой данных научных статей Scopus (издательство Elsevier), в 2015 году общее количество научных публикаций российских ученых составило 50 208. Впрочем, эти данные еще не окончательны: анализ статистики не завершен, многие журналы еще досылают свои данные, и полная информация по 2015 году появится только к маю 2016-го. Пока

Россия сохраняет 15-е место в общемировом списке: первое место вновь заняли США (536 230 публикаций), второе — Китай (395 990), третье — Великобритания (161 990).

Дальнейшие места распределились следующим образом: Германия (140 800), Индия (111 689), Япония (105 692), Франция (98 345), Италия (91 162), Канада (86 058), Австралия (81 395), Испания (77 425), Южная Корея (71 313), Бразилия (57 333), Нидерланды (50 614).

Общее количество публикаций в базе данных Scopus составляет 2 363 947 — это значит, что доля российских статей равна 2,12%. К сожалению, получить статистику за 2015 год от базы данных Web of Science не удалось, так как она еще полностью не обработана, но для Scopus порог в 2,44% пока не преодолен. Впрочем, по сравнению с 2012 годом, когда были опубликованы майские указы, рост все же есть — тогда доля российских статей составляла 1,64%.

По количеству цитирований российских ученых также сложно назвать лидерами. В конце января текущего года компания Thomson Reuters опубликовала рейтинг самых цитируемых исследователей мира, в который вошли 3 тыс. человек, представляющих 21 область научного знания. При составлении рейтинга учитывались данные за 11 лет, с 2003 по 2013 год.

Россия в списке из 3 тыс. человек представлена именами Сергея Морозова и Симеона Дянкова.

Сергей Морозов заведует лабораторией физики полупроводниковых наноструктур ИПТМ РАН. Большинство его исследований направлено на изучение графена — самого тонкого и самого прочного углеродного материала, за получение которого Андрей Гейм и Константин Новоселов были удостоены Нобелевской премии в 2010 году. Симеон Дянков до октября прошлого года занимал пост ректора Российской экономической школы, а сейчас входит в совет директоров школы. Всего в рейтинге имена российских исследователей встречаются около двух десятков раз, вот только эти ученые живут и работают за границей.

Физика вырвалась вперед

Несмотря на то что число публикаций российских ученых постепенно растет, основная их доля приходится всего лишь на несколько областей науки. Так, согласно данным Web of Science, в 2014 году отечественные исследователи опубликовали более тысячи статей только в десяти областях науки: физике, химии, материаловедении, инженерных науках, математике, оптике, астрономии и астрофизике, космических технологиях, геологии, биохимии и молекулярной биологии, а также механике.

База данных Scopus дает немного другие данные. Согласно предоставленной статистике, на 9 января 2016 года в первую десятку входят физика и астрономия (16 481 публикация), инженерные науки (10 672), материаловедение (9914), химия (7787), математика (5612), биохимия, генетика и молекулярная биология (5077), науки о Земле и планетах (4848), медицина (4130), социальные (3995), компьютерные науки (3493). Замыкают список такие дисциплины, как иммунология, нейронауки, психология, ветеринарное дело, стоматология, менеджмент, здесь количество публикаций не превысило тысячи. 

Несмотря на то, что списки несколько отличаются, объединяет их одно: точные науки распределили между собой весь пьедестал, а вот гуманитарные дисциплины от них существенно отстают. Еще более удручающим фактом является явное отставание медицины от физики, химии и астрономии.

О том, что задел для успешного развития физики и астрономии был положен еще давно, а состояние медицины и биотехнологий оставляет желать лучшего, в интервью «Газете.Ru» рассказывал и помощник президента по научно-образовательной политике Андрей Фурсенко. «Известно, что сегодня существенная часть финансирования в науке во всем мире идет в сферу биотехнологий, в исследования, связанные с медициной, с продуктами питания. У нас же до последнего времени традиционно считалось, что главная наука — это физика и что основные средства должны идти именно туда, — сообщил Фурсенко. — Причем речь касалась не только ОПК, но и гражданской науки. Действительно, в этой сфере мы неплохо смотримся, на хорошем уровне. Но надо понимать, что сегодня главный спрос и главный центр тяжести в новых исследованиях сместился в другую сторону. И мы за этим смещением в полной мере не уследили».

По словам помощника президента, большая часть высокотехнологичных средств, которые используются для перевооружения медицины, сельского хозяйства, пищевой промышленности, закупается за рубежом.

Что год грядущий нам готовит

По информации «Газеты.Ru», осенью 2016 года должна начаться оценка эффективности научных институтов Российской академии наук — об этом сообщил глава ФАНО Михаил Котюков в декабре 2015 года на встрече с директорами институтов.

Впрочем, задача эта будет весьма непростой. По словам президента РАН Владимира Фортова, попытка оценить успешность научных организаций может ударить по средним институтам, в которых есть отдельные сильные лаборатории.

Оборона важнее науки

Несмотря на то что майские указы президента от 2012 года предусматривают значительное увеличение расходов на науку, в действительности они сокращаются. Согласно федеральному бюджету на 2016 год, при росте суммарных расходов бюджета по сравнению с 2015 годом на 4,4% расходы на гражданские исследования и разработки составят примерно 300 млрд руб., что на 14% меньше, чем в прошлом году. Максимального размера ассигнования на развитие науки достигали в 2013–2014 годах — тогда сумма составила 380 млрд руб. в год.

Распределение публикаций российских ученых по областям знаний Доля расходов на гражданскую науку в расходах федерального бюджета снизилась с 2,6% в 2013 году до 1,9% в 2016-м. Доля расходов на военные разработки, напротив, увеличилась — таким образом Россия еще больше увеличила и так существовавшую диспропорцию.

Пострадала и фундаментальная наука: несмотря на поручение Владимира Путина от 14 июля 2015 года сохранить ее финансирование на уровне 2015 года при формировании бюджета на следующий год, сумма все равно была урезана. В 2016 году на фундаментальную науку планируется потратить 111 млрд руб., что на 10 млрд руб. меньше показателей 2015 года.

Не исключено, что падение курса рубля приведет к еще большему сокращению бюджета. Не стоит забывать, что одновременно с этим будет происходить дальнейшее подорожание закупаемых за границей приборов и реактивов, повысится стоимость участия в международных мероприятиях, а также плата за подписку на ведущие мировые научные журналы.

Доктора науки

Лауреатами премии президента России в области науки и инноваций для молодых ученых за 2015 год стали химик Дмитрий Копчук (Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН), биолог Екатерина Прошкина (Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН) и физик Владимир Стегайлов (Объединенный институт высоких температур РАН).

Размер каждой премии составляет 2,5 миллиона рублей. "РГ" представляет работы лауреатов. Сразу надо подчеркнуть, что все они опубликованы в престижных международных журналах. А значит, несмотря на тяжелый диагноз, который многие специалисты ставят нашей науке, отмечая, прежде всего, ее старение, в ней работают молодые ученые мирового уровня.

Как поймать террориста по запаху

Сугубо фундаментальное исследование химика Дмитрия Копчука имеет прямой выход на борьбу с терроризмом. Речь идет об "электронном носе", который улавливает компоненты взрывчатых веществ, содержащих нитраты. Это, в частности, наиболее опасные и трудно выявляемые пластиковые боеприпасы с гексогеном и тринитротолуолом. Сегодня в мире создано множество различных "электронных носов". Почему вариант Дмитрия не имеет аналогов? Его прибор намного компактней и в разы дешевле всех существующих в мире систем?

- Мало кто знает, что в цене такого прибора львиная доля приходится вовсе не на сенсор взрывчатки, а на "электронную начинку", - объясняет автор разработки. - Дело в том, что тревожный сигнал от сенсора очень слабый. Его надо преобразовать и усилить. Для этого прибор приходится "начинять" целым каскадом электронных схем. Отсюда и сложность, и громоздкость, и цена "носа".

Дмитрий выбросил почти всю электронику. И тем не менее, прибор "унюхивает" террориста. "Изюминка" в особом составе сенсора и его оригинальной конструкции. Поймав "запах" взрывчатки, прибор посылает настолько мощный набат тревоги, что его почти не надо усиливать.

Отметим, что он оказался настоящим универсалом. Помимо "электронного носа", он создал материалы, которые давно ждут в медицине для диагностики иммунитета. Суть анализа в том, что во взятой у пациента крови надо следить, как ведет себя конкретный белок. Чтобы его выделить из множества остальных, на белок навешивают специальный маячок. Это тандем из металла, который обладает яркой люминесценцией, и органического вещества, который может соединиться с изучаемым белком. В итоге ученые теперь могут следить, как ведет себя белок, а значит, ставить диагноз.

Как продлить жизнь вдвое

Екатерине Прошкиной нет еще и 30 лет, а уже автор 20 статей в международных журналах. Среди них особо выделяется вызвавшая шквал откликов публикация, как можно увеличить продолжительность жизни мухи дрозофиллы сразу на 70 процентов. Что и понятно, проблема старения сегодня в мире одна из самых волнующих общество.

- В принципе, природа наделила каждое живое существо очень совершенным генетическим аппаратом, - объясняет она. - Ведь мы постоянно подвергается атакам внешней среды, скажем, из-за плохой экологии, различных стрессов и т.д. Эти атаки повреждают ДНК, но в наших клетках есть специальная система, которая устраняет эти сбои. Но с годами она изнашивается, и качество "ремонта" ухудшается. В итоге дефектов накапливается все больше, что понижает и качество ремонта. Повреждения начинают расти как снежный ком.

Екатерина предложила кардинально решать проблему: повысить активность генов, которые отвечают за восстановление ДНК.

Как? Ученые встроили дрозофиле дополнительные копии восстановительных генов, по сути, увеличив число "ремонтников". И мухи стали не просто долгожителями, время их пребывания на Земле выросло почти вдвое. Причем оказалось, что активировать "ремонтные" гены надо начинать, что называется с молоком матери, чем раньше, тем лучше. Во всяком случае, именно такие мухи живут дольше всех.

На сегодня наука уже выявила около 10 таких "чудо-генов", продлевающих жизнь и замедляющих старение. Но оказалось, они выполняют еще одну важнейшую роль. В экспериментах ученые Института биологии воздействовали на живые организмы различными "вредностями": радиацией, высокой и низкими температурами, химическим реактивами и т.д. И был выявлен удивительный феномен. Средние и большие дозы однозначно укорачивали жизнь, а вот малые и кратковременные - увеличивали. Почему? На эту тему высказано несколько гипотез, о которых еще долго будут спорить ученые. Но один факт Екатерина Прошкина установила однозначно: за положительную реакцию на стрессы отвечают те же самые гены, что и за восстановление поврежденных ДНК.

- Замедлить старение можно, и не прибегая к генетическим вмешательствам, - говорит она. - Оказалось, что в природе есть вещества, которые могут активировать защитные силы организма, действуя через гены восстановления ДНК. Например, это каротиноид из водорослей фукоксантин или кверцетин, вещество из плодов красного и бордового цвета. Продлить жизнь животным удавалось и с помощью известных лекарств, которые сейчас используются для лечения различных болезней. Например, в опытах на крысах хороший результат показал применяемый в небольших количествах препарат ибупрофен. Но, конечно, эти результаты не в коем случае нельзя автоматически переносить на человека, здесь требуются дополнительные исследования.

Как из атома попасть в суперкомпьютер

Доктор физико-математических наук Владимир Стегайлов работает на самом передовом крае современной науки. Его исследования поражают воображение. Ученый строит компьютерные модели из "жизни" атомов и электронов. Что само по себе кажется невероятным, ведь в одном кубическом миллиметре металла соседствуют и взаимодействуют сотни миллиардов атомов. Их надо каким-то образом загнать в уравнения, а потом обсчитать на компьютере. Кто-то скажет, что нечто подобное давно научились делать астрономы, когда изучают движение небесных тел. А строение атома похоже на строение Солнечной системы...

- Действительно, зная законы механики, ученые сумели рассчитать траектории тысяч небесных тел, планет, спутников, астероидов, - говорит Владимир. - Но у нас многие миллиарды "клиентов". Причем в отличие от небесных тел, атомы не подчиняются законам гравитации, здесь в игру вступает квантовая механика. Поэтому расчеты движения гигантского числа атомов усложняются многократно.

Казалось бы, куда может привести эта заумная наука? Какой прок от этих фантастически сложных расчетов и компьютерных моделей?

Стегайлов и его коллеги нашли выход из микромира атомов и электронов - в наш макромир. В создание материалов, которые могут работать в экстремальных условиях. Например, в ядерных реакторах.

- Мы провели квантовые расчеты поведения атомов урана, а в итоге удалось построить модель, как накапливаются дефекты в материалах ядерного реактора, - говорит ученый. - Таким образом, сугубо квантовые задачи вышли на уровень инженерных расчетов.

Владимир с коллегами решил еще одну фундаментальную задачу, над которой давно бьются ученые многих стран. Она связана с самым тугоплавким в мире материалом, графитом. В ведущих лабораториях мира ставят самые изощренные эксперименты, чтобы ответить на один вопрос: какова температура плавления графита. Но результаты получаются разные. Одна из главных причин такого разнобоя - непонятна сама специфика этого материала, на которой можно было бы строить эксперимент.

Владимир построил компьютерную модель плавления, основанную на принципах квантовой механики. И выяснилось неожиданное: графит плавится в тысячу раз медленнее, чем любые металлы. Это уже наводка для будущих экспериментов, которые должны, наконец, поставить точку в многолетнем споре, назвать окончательную температуру плавления графита.

Но постановка проблем и составление уравнений, которые описывают поведение миллиардов атомов - это сугубо физические задачи. Однако необходим следующий шаг: как решить эти сложнейшие и бесконечные уравнения. Это под силу только суперкомпьютерам. Но если решать в "лоб", то потребуются месяцы непрерывной эксплуатации машинных мозгов. Подобная роскошь сегодня непозволительна. Поэтому Владимир Стегайлов придумывает хитроумные алгоритмы, чтобы многократно сокращать объемы и время счета. То есть современный физик должен быть и материаловедом, и математиком.

Энергетика, дороги, строительство и медицина

Конференция «Наука для города», прошедшая 8 февраля в Большом зале новосибирской мэрии, в психологическом плане содержала однозначно прорывной момент, связанный с тем, что чисто парадное мероприятие, традиционно приуроченное ко Дню российской науки, стало поводом для обсуждения серьезных вопросов, актуальных для Новосибирска. Показательно и то, что  мэр Анатолий Локоть стал задавать ученым предельно конкретные вопросы.  Важность этого момента трудно переоценить, поскольку именно таких вопросов в течение многих лет как раз и ждали наши ученые (для чего, собственно, они и участвуют в таких мероприятиях). Акценты, таким образом, заметно сместились в сторону чисто делового обсуждения, и беседа с учеными перешла в практическое русло.

Данный момент, безусловно, отразился и на формате мероприятия: торжественная часть несколько сузилась, зато практическая – расширилась. Свою роль, конечно же, сыграл и организатор конференции – департамент промышленности,  инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска, активно взаимодействующий с научными организациями и понимающий реальные возможности нашей науки. В принципе, благодаря его стараниям уже в течение полутора лет налаживается конструктивный диалог между учеными и городскими чиновниками.

Надо сказать, что сама программа конференции была сформулирована сугубо предметно.

Речь шла не просто о достижениях сибирской науки вообще, а о той пользе, которую наши ученые могут принести конкретно городу Новосибирску. При всей простоте такой формулировки, в ней есть все-таки определенный «революционный» момент. Дело в том, что для жителей Новосибирска в течение многих десятилетий деятельность ученых находится в какой-то параллельной вселенной.

О достижениях своих земляков, работающих где-то рядом, они узнают разве что из газет и телепередач. Как эти успехи сказываются на нашей повседневной жизни, многим совершенно непонятно. Во всяком случае, четкой взаимосвязи между деятельностью ученых и повседневной жизнью простой обыватель практически не ощущает. Из года в год он видит вокруг себя до боли знакомую городскую среду, не блещущую какими-то инновациями. Качество дорог нисколько не улучшается, инженерная инфраструктура остается такой же, какой она была и десять, и двадцать лет назад. Каждый год он видит один и тот же «плановый ремонт» инженерных сетей, где технический уровень не меняется еще с советских времен. Поэтому «наука» в сознании обывателя вызывает довольно специфический ассоциативный ряд, больше связываясь с космосом, с высокими технологиями, с ВПК, с освоением Севера, нежели с дорогами, с городским транспортом, с энергетикой или со сферой ЖКХ.

Тем не менее, работа ученых незримо присутствует в нашей жизни. Как отметил председатель СО РАН Александр Асеев, система вентиляции и система управления Новосибирского метрополитена были разработаны нашими учеными – Институтом горного дела СО РАН и Институтом автоматики и электрометрии СО РАН. Разработки наших ученых используются и в системе управления Новосибирской ГЭС. Это, конечно же, не единственный вклад. И по большому счету, в идеале, наши ученые в состоянии охватить своими разработками практически все сферы нашей жизни, включая и городское хозяйство.

Возьмем, например, ремонт инженерных коммуникаций, требующий регулярной замены прогнивших труб. Есть ли возможность оптимизировать данный процесс, повысить технический уровень диагностики состояния сетей? Александр Асеев напомнил одну разработку Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН – малоглубинный сканер подземного пространства, который  можно  с успехом использовать в системе ЖКХ, выявляя источники течи. Правда пока еще, отметил он, данная разработка не нашла у наших коммунальщиков серьезного применения. Хотя, при нормальном подходе к делу, Новосибирск в состоянии совершить в этом секторе настоящую техническую революцию, используя соответствующие инновационные разработки наших ученых. Например, роботизированные подземные комплексы, позволяющие осуществлять бестраншейную прокладку инженерных сетей. Новосибирск, где родились такие системы, мог бы показать наглядный пример их успешного использования, считает Александр Асеев.

Не меньшее значение имеет медицинская тематика. Новосибирские ученые являются признанными лидерами в области современных медицинских технологий. Так, сотрудники Института лазерной физики СО РАН получили государственную премию за создание опытных образцов медицинских аппаратов и их успешное внедрение в практику. Один из таких аппаратов, например, установлен в Новосибирском филиале МНТК «Микрохирургия глаза».

Другой пример из области медицинских технологий – новый Экспресс-тест «КАРДИО-БСЖК» для ранней диагностики острого инфаркта миокарда (НИИ терапии и профилактической медицины СО РАМН).  Еще одно актуальное на сегодняшний день направление – импортозамещение в области фармакологии. Соответствующий проект сейчас реализуется в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Речь идет о создании Фабрики Биополимеров, и Новосибирск в состоянии занять лидирующие позиции в развитии столь исключительно важного направления.

Продолжая медицинскую тематику, необходимо отметить разработки, связанные с диагностикой и лечением онкологических заболеваний. Здесь новосибирские ученые также имеют существенные заделы.

В частности, специалисты Института цитологии и генетики СО РАН работают над препаратом «Панаген», который используется для лечения рака молочной железы. Этот препарат успешно прошел доклинические исследования, а также I и II фазы клинических исследований.

Как указывают разработчики, препарат «Панаген» может использоваться в схемах циторедуцирующей химиотерапии при лечении рака молочной железы в качестве лейкопротекторного и противоракового средства.

Говоря о развитии города, нельзя не затронуть тему строительства. Как мы знаем, Новосибирск в последние годы лидирует по объемам вводимого жилья. Казалось бы, инновации в строительной сфере напрашиваются как никогда. И новосибирские ученые готовы внести свой вклад и в это направление. Так, разработки специалистов Института химии твердого тела и механохимии СО РАН способны, без преувеличений, совершить революцию в отечественной строительной индустрии благодаря переходу на экологически чистые силикатные вяжущие для получения строительных материалов (вместо традиционного цемента). Еще одна важная тема, на которую обратил внимание директор ИХТТМ СО РАН Николай Ляхов – использование техногенных отходов при строительстве дорог. Здесь мы решаем сразу две задачи – решаем экологическую проблему (избавляясь, например, от золошлаковых отходов новосибирских ТЭЦ) и повышаем качество дорожного покрытия.

В этом контексте новосибирской мэрии было конкретно предложено применить новую технологию «ямочного» ремонта дорог – более надежную и при этом более дешевую (отметим, что мэр Анатолий Локоть искренне заинтересовался данным предложением).

Отдельной строкой идет тема энергетики, очень актуальная для Новосибирска (ввиду ощутимого дефицита по электроэнергии). Например, разработки Института теплофизики, связанные с ультратонким помолом угля, используемого в энергетических объектах, дают возможность существенно повысить КПД существующих тепловых станций, снизить издержки и благотворно повлиять на экологическую ситуацию. Не менее важной является проблема использования в энергетике водно-угольного топлива (ВУТ). Демонстрация такого котла должна в ближайшее время состояться в поселке Барзас Кемеровской области, куда, в частности, приглашен председатель комитета по энергетике мэрии Новосибирска Михаил Грехов (серьезно интересующийся данной разработкой, которая, по его словам, очень важна для Новосибирска, особенно для небольших муниципальных котельных).

Важнейшим, на мой взгляд, моментом конференции стала постановка вопроса о развитии в Новосибирске распределенной энергетики. Тема эта не просто актуальна, а суперактуальна! Как заметил по этому поводу заведующий кафедрой автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ Александр Фишов, в мировой энергетике сегодня происходят радикальные изменения, связанные с переходом от традиционных централизованных систем к распределенным системам. Новосибирск, решая актуальные вопросы энергетического сектора инновационным путем, вполне может вписаться в этот прогрессивный тренд. Уже сейчас, по словам Александра Фишова, можно реализовать соответствующий пилотный проект, предполагающий объединение в общую сеть нескольких автономных энергоблоков. Такие варианты, отметил он, уже просчитаны со всех сторон (в том числе с точки зрения экономики). Необходимо, разумеется, заручиться поддержкой городского руководства. Надо сказать, что мэра это предложение также заинтересовало.

В завершение темы напомним, что в Новосибирске совсем недавно была создана ассоциация «Распределенная энергетика Сибири», куда, в частности, вошел Институт теплофизики СО РАН и Новосибирский государственный технический университет (а также несколько известных частных компаний). Такое объединение представителей академической науки, технических специалистов и бизнесменов во многом является беспрецедентным случаем. Если им удастся склонить на свою сторону чиновников мэрии, то у Новосибирска появится реальный шанс осуществить техническую модернизацию.

Олег Носков

Ученый: вклад Прошкиной поможет бороться со старением на уровне ДНК

9 фев 2016 - 05:46

Екатерина Прошкина была удостоена премии президента России в области науки и инноваций для молодых ученых "за вклад в развитие генетики продолжительности жизни и старения". Ее разработки позволят активизировать борьбу с возрастозависимыми заболеваниями.

Разработки Института биологии Коми НЦ УрО РАН, за которые научный сотрудник института генетик Екатерина Прошкина была удостоена премии президента РФ, позволят бороться с возрастозависимыми заболеваниями, считает доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной радиобиологии и геронтологии Института биологии Коми Алексей Москалев.

Прошкина, кандидат биологических наук и научный сотрудник лаборатории молекулярной радиобиологии и геронтологии отдела радиоэкологии, получила президентскую премию в области науки и инноваций для молодых ученых за 2015 год "за вклад в развитие генетики продолжительности жизни и старения".

"Старение является фактором риска десятков заболеваний. Начиная от диабета второго типа, сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных раковых заболеваний. Целостность ДНК является ключевым фактором, который не позволяет этим заболеваний развиться. Если мы поддерживаем активность ферментов, которые противодействуют повреждению ДНК на должном уровне, мы замедляем процессы, ведущие к этим возрастозависимым заболеваниям", — заявил Москалев РИА Новости.

Он отметил, что Прошкина внесла большой вклад в изучение молекул, которые активируют работу ферментов, восстанавливающих ДНК и противодействующих ее повреждению. Москалев выразил надежду, что после присуждения премии президента РФ фармацевтические компании обратят внимания на разработки Института биологии Коми НЦ УрО РАН, "чтобы наши идеи, разработки и препараты уже были реализованы на базе фармкомпаний".

Согласно материалам, которые организаторы премии раздали в понедельник журналистам в ходе пресс-конференции, посвященной награждению лауреатов, в работе Прошкиной и ее коллег было впервые в мире показано, что активация генов, необходимых для поддержания целостности ДНК, существенно замедляет старение и продлевает жизнь. Также описано положительное влияние на жизнеспособность организма целого ряда фармакологических препаратов и биологически активных веществ растительного происхождения.

Кроме того, было изучено изменение активности всех генов организма в ответ на химическое загрязнение и воздействие радиации. Особое внимание в работе Прошкиной уделяется роли генов, отвечающих за устранение повреждений ДНК после воздействия на организм малой дозы радиации.

Премия президента РФ, учрежденная в 2008 году, присуждается российским молодым ученым и специалистам за значительный вклад в развитие отечественной науки, разработку образцов новой техники и технологий, обеспечивающих инновационное развитие экономики и социальной сферы, а также укрепление обороноспособности страны. Ее цель — стимулирование дальнейших исследований и создание благоприятных условий для новых научных открытий. Размер каждой премии составляет 2,5 миллиона рублей.

Ливанов: новый закон о науке должен поддержать ученых и их деятельность

9 фев 2016 - 05:41

Новый закон о науке, который сейчас находится в разработке, должен решить вопросы поддержки ученых. Такое мнение выразил глава Минобрнауки Дмитрий Ливанов на встрече с профессорами Российской академии наук.

"Задача любых изменений состоит в том, чтобы создать условия для занятий наукой теми людьми, которые хотят. Эти условия должны быть конкурентны, должны быть достойны, с этим никто спорить не будет. Именно на это очень важно ориентировать новое законодательство о науке, которое сейчас разрабатывается", - считает министр.

"Скажу своё мнение - это должен быть закон о научной деятельности, а не об организуемых структурах, которые, как мы знаем, меняются, а именно о поддержке научной деятельности", - подчеркнул Ливанов.

По его мнению, важно в качестве базовых положений о науке зафиксировать свободу научного творчества и свободу исследователей в выборе научных тематик и средств исследований. "Также важно зафиксировать все, что связано с продвижением по карьерной лестнице, потому что это всегда сильный мотиватор. Нужно зафиксировать инструменты государственной поддержки науки, будь то фонды, которые уже есть, и те, которые будут появляться", - отметил глава Минобрнауки.

"Разделять же науку на секторы - что у нас происходит в академической науке, вузовской науке, корпоративной - малопродуктивно, и если мы пойдём по этому пути, это нас приведёт к большому количеству бесплодных споров", - заключил Ливанов.

Страницы

Подписка на АКАДЕМГОРОДОК RSS