Фантом для диагностики остеопороза и уникальный лазер: лауреаты премии Правительства Москвы рассказали о своих разработках
Развитие такого современного мегаполиса, как Москва, неразрывно связано с наукой. Город уделяет большое внимание поддержке молодых ученых. Вот уже 10 лет за выдающиеся исследования в области естественных, технических и гуманитарных наук и за разработки технологий, техники, приборов, оборудования, материалов и веществ вручается премия Правительства Москвы молодым ученым.
За это время о своих работах заявили более восьми тысяч молодых ученых, 604 из них стали лауреатами. Общая сумма премий составила 586 миллионов рублей. В прошлом году на соискание премии подали 1292 заявки — это на 15 процентов больше, чем годом ранее.
В День российской науки, 8 февраля, состоится церемония награждения лауреатов премии Правительства Москвы молодым ученым за 2023 год. В преддверии праздника и подведения итогов премии рассказываем о разработках молодых московских ученых.
Найти альтернативные источники энергии
Нефть и газ сегодня по-прежнему остаются ключевыми источниками энергии, однако ученые продолжают искать альтернативные источники энергии будущего. Одним из них может стать экологически чистая и, по сути, неограниченная энергия, получаемая из управляемого термоядерного синтеза. В этом случае электричество станет дешевле, а человечество обеспечит себе энергетическую безопасность на ближайшую тысячу лет. Наиболее распространенными термоядерными устройствами являются токамаки и стеллараторы.
Первый в стране учебно-исследовательский токамак «МИФИСТ» в составе команды ученых сконструировал Степан Крат, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических процессов в стенках термоядерных установок и кафедры физики плазмы института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета «Московский инженерно-физический институт». Эта разработка отмечена премией Правительства Москвы молодым ученым за 2022 год.
«Токамак — тип термоядерного реактора, созданный в СССР в 1950-е годы. Это устройство, в котором мы нагреваем газ до состояния плазмы. В ней происходит реакция с выделением энергии. Наша цель — подготовка кадров, отработка диагностик для крупных машин и изучение взаимодействия плазмы с поверхностью. Мы сделали конструкцию максимально простой, чтобы уже с ранних курсов студенты могли работать на этом оборудовании», — говорит ученый.
Кроме того, Степан Крат разработал первую в мире физически обоснованную модель накопления изотопов водорода в осаждаемых из плазмы металлических слоях.
Россия — участник и основатель проекта международного экспериментального термоядерного реактора ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Сегодня в стране работает пять токамаков: три — в Санкт-Петербурге (в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе) и два — в Москве. В Институте общей физики имени А.М. Прохорова Российской академии наук находится и единственный действующий стелларатор.
Диагностировать и вылечить онкозаболевание
Максим Абакумов, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» Университета науки и технологий МИСИС, доцент Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова, занимается исследованиями, связанными с применением магнитных наночастиц в диагностике и терапии опухолевых заболеваний.
За работу «Синтез, характеристика и применение магнитных наночастиц в терапии и диагностике опухолевых заболеваний» Максим Абакумов в 2020 году получил премию Правительства Москвы молодым ученым.
«Наночастицы обладают свойством контрастного вещества — там, где они накапливаются, на магнитно-резонансной томографии (МРТ) вы будете видеть черный сигнал. Если у вас что-то было белым, оно станет черным. Если вы сделаете картинку до того, как это вещество туда попало, и после того, как его ввели, то увидите какое-то изменение и сможете сделать вывод о том, что там происходит. Мы здесь очень плотно пересекаемся с самой нанотехнологией так называемого направления доставки лекарств. Магнитные наночастицы ведут себя точно так же, как другие наночастицы, если мы говорим об опухолях. За счет разницы в том, как устроена опухолевая ткань, они туда могут проникать, а в здоровую не могут. То есть идея проста: вот здесь патологический очаг, вы подбираете материал, чтобы он проникал в опухоль и не проникал в здоровую ткань, делаете скан магнитно-резонансной томографии до введения, вводите вещество, делаете скан МРТ после, сравниваете картинки и говорите: “У вас беда”. Или: “Нет беды”», — объясняет Максим Абакумов.
Это перспективное направление в медицине: с помощью магнитных наночастиц можно визуализировать злокачественные новообразования, адресно доставлять противоопухолевые препараты и проводить терапию злокачественных новообразований внутренних органов методом магнитной гипертермии.
Помочь пациентам с остеопорозом
Злата Артюкова, младший научный сотрудник сектора стандартизации и контроля качества Центра диагностики и телемедицины, в команде с единомышленниками стала лауреатом премии Правительства Москвы 2022 года за разработку тест-объекта для медицинских исследований в области остеопороза.
Созданный учеными фантом позволил получить новые данные о работе медицинского оборудования, вследствие чего повысилась точность диагностики патологических изменений в костной ткани тел позвонков. Это поможет эффективнее распознавать признаки остеопороза и точнее определять потерю кальция, характерную для болезни.
«Применение тест-объекта позволило получить новые данные о работе медицинского оборудования компьютерной томографии в целях исследования пациентов при остеопорозе. Данное заболевание — значимая медицинская проблема. Оптимизация параметров проведения исследований повысила точность диагностики патологических изменений в костной ткани тел позвонков. Это значит, что будет возможно еще эффективнее определять признаки этого заболевания», — говорит Злата Артюкова.
Отечественный фантом поясничного отдела позвоночника, в отличие от иностранных, представляет собой сборную конструкцию, что разрешает менять его параметры. Возможность моделировать на тест-объекте различную степень минеральной плотности костной ткани позволяет аппарату правильно считать потерю кальция, характерную для остеопороза. Тест-объект воспроизводит разные типы окружающих тканей. А чем реалистичнее фантом, тем корректнее можно проводить калибровку оборудования для более точного определения патологии.
Обеспечить всестороннее развитие детей
За разработку методического комплекса для диагностики и коррекции индивидуальных траекторий развития детей в различных образовательных средах в 2022 году премию получили сразу два молодых ученых из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Это доцент кафедры психологии образования и педагогики факультета психологии, кандидат психологических наук Дарья Бухаленкова и научный сотрудник кафедры психологии образования и педагогики Маргарита Гаврилова.
Отслеживать на ранних этапах разные аспекты развития детей (когнитивный, эмоциональный и регуляторный) необходимо для того, чтобы понимать, как растет ребенок, и своевременно оказать ему помощь, если она потребуется.
«Наличие объективных данных дает возможность предотвратить возникновение в будущем проблем в обучении, общении и развитии ребенка. Лучший прогресс дети показывают в детских садах, в которых, во-первых, есть как минимум несколько независимых друг от друга зон для занятий, игр и центров детских интересов, которые хорошо определены и обустроены. Тогда дети всегда могут придумать себе занятие и с пользой провести время. Внешне такая группа отличается нетипичной расстановкой мебели. Например, вместо придвинутых к стене диванчиков и шкафчиков, которые мы привыкли видеть в обычной группе детского сада, здесь есть стоящие посередине помещения стеллажи, ширмы. Они разделяют пространство, создавая отдельные зоны, в которых дети могут заниматься, не мешая друг другу», — говорит Маргарита Гаврилова.
Благодаря работе научного коллектива и поддержке Российского научного фонда психологи не только из Москвы, но и из Республики Саха (Якутия), Республики Татарстан, Пермского и Краснодарского края, а также других регионов страны прошли специальное обучение и используют профессиональные инструменты на своих рабочих местах в детских садах и школах.
Вылечить болезни мочеполовой системы
За вклад в создание и экспериментальное изучение российского тулиевого волоконного лазера лауреатом премии Правительства Москвы молодым ученым за 2022 год стал Марк Тараткин, врач-уролог, научный сотрудник института урологии и репродуктивного здоровья человека Сеченовского университета.
«Своим исследованием мы ответили на те вопросы, на которые обычно не знает ответа врач. Некоторые лазеры идентичны по своим показателям (по мощности, энергии), но дают разные эффекты на ткани. Какой-то аппарат позволит эффективно вырезать опухоль, а другой будет лишь разрывать и испарять ткань. Мы объяснили, с чем связаны различия в эффектах, почему одно устройство может быть опасно для пациента, а другое спасет ему жизнь», — говорит молодой ученый.
Лазер используется для хирургического лечения различных заболеваний: мочекаменной болезни, гиперплазии простаты, рака мочевого пузыря, онкологических заболеваний верхних мочевых путей. Проводится ряд экспериментов на животных для изучения того, насколько аппарат эффективен в хирургии опухоли почек.
Просчитать последствия природных и техногенных катастроф
Светлана Бадина, кандидат географических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории геоэкологии Севера географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, получила премию Правительства Москвы 2022 года за исследование о прогнозе социальных и экономических последствий природных и техногенных катастроф в регионах России.
Территория России подвержена многочисленным природным и техногенным опасностям, но эта проблема остается малоизученной. Цель исследования заключалась в разработке методических подходов к оценке социальных и экономических последствий природного или техногенного риска для регионов и муниципальных образований страны.
«Я затрагивала проблемы прогнозирования рисков климатических изменений для криолитозоны Российской Арктики, адаптации территории регионов России и различных отраслей экономики к вероятным климатическим изменениям, в том числе с точки зрения минимизации возможных экономических ущербов от деградации многолетней мерзлоты, вопросы, связанные с прогнозированием уязвимости территории Северного Кавказа и Южной Сибири к наводнениям и опасным склоновым процессам, уязвимости населения крупных российских городов к природным и техногенным опасностям с использованием больших данных и многие другие. Например, в результате удалось получить представление о внутренней дифференциации различных регионов России по уровню геокриологического риска, риска наводнений и селей, риска попадания населения в ареалы воздействия потенциальной техногенной катастрофы. Такие исследования могут быть использованы при разработке программ адаптации к климатическим изменениям на самых разных территориальных уровнях — от национального до локального, при разработке документов стратегического планирования, связанных с безопасностью населения и экономической деятельности», — объясняет Светлана Бадина.
Проведенные расчеты ожидаемого к 2050 году ущерба от деградации многолетней мерзлоты для территории Российской Арктики, по словам Светланы Бадиной, уже нашли практическое применение. Они легли в основу научного обоснования инициированной Президентом России системы государственного мониторинга вечной мерзлоты.
Найти замену донорской ткани
За исследования и разработку коллагеновых биоматериалов лауреатом премии Правительства Москвы молодым ученым за 2020 год в номинации «Биотехнологии» стал Егор Осидак, кандидат биологических наук и технический директор компании «Имтек».
Во всем мире наблюдается нехватка донорской ткани. Ежегодно примерно 14 миллионов людей нуждаются в донорской пересадке, в России — около 500 тысяч человек. А операций в мире делается не больше 140 тысяч в год, из которых на Россию приходится две-три тысячи.
Биополимерный матрикс на основе коллагена Viscoll может использоваться для разработки биомедицинских клеточных материалов и трехмерных тканеинженерных конструкций различными методами, в том числе методом 3D-печати, и в дальнейшем широко применяться в медицине. Речь идет о заместительной пластике хирургических дефектов мочевого пузыря, об искусственном аналоге роговицы, о введении эмбриональных клеток в ствол спинного мозга при спинальной травме, о пролонгирующем действии факторов роста биосовместимого носителя при лечении крипторхизма, о костнопластическом материале для стоматологии.
«В 2014 году мы вместе с хирургами-офтальмологами А.Ю. Андреевым и Ю.В. Андреевым начали заниматься коллагеновым биоматериалами для офтальмологических задач, а именно разработкой искусственной роговицей или эквивалента ее отдельных слоев. Практически нет альтернативы: либо губу режут, либо щеку, либо что-то еще, либо нужна донорская ткань, но с ней проблема, потому что ее мало. На разработку различных материалов у нас ушло пять лет. Родилась технология производства самого коллагена как исходного сырья, из которого мы научились делать медицинские изделия. В итоге то, с чем мы начали работать, и то, к чему пришли, — абсолютно два разных продукта. Результатом нашей работы стал стромальный эквивалент роговицы, который позволяет замещать ее поврежденный участок», — рассказал Егор Осидак.
Коллагеновая мембрана Viscoll уже используется в медпрактике: впервые в мире в Научно-исследовательском институте глазных болезней имени М.М. Краснова в рамках клинических испытаний провели пять пересадок.
Подробнее о конкурсе на соискание премии Правительства Москвы молодым ученым можно узнать на сайте.
Популярность премии Правительства Москвы молодым ученым выросла на 15 процентов по сравнению с прошлым годомСергей Собянин рассказал о достижениях молодых московских изобретателей и ученых
