Год науки и технологий/Наука и университеты: Медицина завтрашнего дня: высокотехнологичная инфраструктура и достижения Российской науки в области геномной медицины

Все это лишь часть задач, которые могут быть решены с помощью геномной медицины. В настоящее время отечественная наука и технологии идут рука об руку в поисках ключей для расшифровки человеческого ДНК: это позволит раскрыть секреты реакций человеческого организма на особенности в последовательностях генов.

Наличие современной исследовательской и производственной инфраструктуры в области геномной медицины позволит российским учёным выйти на новые рубежи в поисках методов лечения вируса иммунодефицита человека и других болезней, на данный момент считающихся неизлечимыми. Сегодня Россия входит в число ведущих стран по наличию технологической инфраструктуры и разработок в области исследования генома.

Микрофабрикации, нанобиотехнологии, микрофлюидные чипы и микросварка: «микроскопические» технологии для решения больших задач современной медицины.

В Федеральном научно-клиническом центре физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства России 29 сентября произошло открытие Центра технологий и микрофабрикаций (ФНКЦ ФХМ ФМБА). Центр оснащен инновационным производственным комплексом по созданию диагностических систем и медицинских приборов на основе микрофлюидных чипов. Они представляют собой устройства, способные создавать условия для вычисления характеристик жидкости, которая попадает в специальные каналы в чипе размером в сотни или даже десятки микрон. Микрофлюидные системы используются в передовых направлениях медицинской науки и позволяют ученым эффективно кристаллизировать белки, используемые в медицинских препаратах. Кристаллизация белка является завершающей стадией его очистки от примесей и нежелательных молекул, способных присоединиться к нему в его жидком состоянии. Более того, благодаря микрофлюидным чипам исследователи могут изучать новые свойства и эффекты жидких веществ, невозможные в традиционных устройствах для проведения экспериментов. В том числе перспективным считается использование таких чипов для создания компактных устройств по медицинскому анализу крови.

Для создания сложных устройств нано-размеров, подобных микрофлюидным чипам, требуется особая среда и высокоточное оборудование. В центре технологий и микрофабрикаций созданы условия стерильности помещений, которые практически исключают наличие посторонних частиц и микроорганизмов в воздухе и соответствуют классу требований к чистоте помещений ISO-5.

Также в центре имеется оборудование для микролитографии и лазерной микросварки: с их помощью можно будет создавать комплексы различного предназначения очень малых размеров, например микроэлектронных устройств для конкретных медицинских целей. Минимальный размер изготавливаемых структур составляет всего 0.6 микрона - это тысячные доли миллиметра.

Инновационные приборы для проведения лазерной микросварки и создания микрофлюидных систем предоставят ученым возможность создания отечественных высокотехнологичных медицинских устройств, способных конкурировать с международными аналогами.

Стоит отметить, что проведение исследований в области расшифровки ДНК и точечных манипуляций с отдельными генами требуют очень высокоточного оборудования, а также значительных вычислительных мощностей. С помощью технической базы центра микрофабрикаций и нанобиотехнологий российские ученые получат доступ к отечественному инновационному медицинскому оборудованию

В рамках церемонии открытия центра был продемонстрирован прибор для индивидуального экспресс-тестирования на наличие коронавирусной инфекции, разработанный в ФНКЦ ФХМ ФМБА России. Портативный анализатор «Изаскрин-8» позволяет в течение 25-30 минут выявить в биологическом материале (мазок из зева) ДНК/РНК возбудителей инфекционных заболеваний, в том числе коронавирусной инфекции COVID 2019. Время полного анализа по поиску РНК возбудителя COVID-19 составляет менее 30 минут. «Изаскрин-8» предназначен для мобильного применения в лабораториях и пунктах тестирования, бригадами скорой помощи, врачами спортивной медицины. Прибор прост в применении, даёт однозначно читаемые результаты, не требует сложного освоения. Для удобства использования «Изаскрин-8» снабжен мобильным приложением.

Геномные разработки и искусственный интеллект для персонифицированного диализа: новейшие разработки Евразийского научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ) помогут отечественной науке продвинуться в области борьбы с раком.

Ученые Евразийского НОЦ, расположенного в Башкортостане, ведут исследования в области поиска генетических маркеров, способствующих развитию таких распространенных онкологических заболеваний, как рак молочной железы, рак яичников, рак почки, рак желудка. Согласно современным представлениям, можно предотвратить до 90% онкологических заболеваний, если проводить превентивные меры по выявлению генетических факторов риска, которые с большой долей вероятности при сочетании со средовыми факторами риска могут вызвать появление раковых клеток. В рамках проекта Евразийского НОЦ «Биомедицина и генетика» ученые исследуют молекулярные механизмы развития злокачественных патологий и разрабатывают технологии, с использованием которых можно будет спрогнозировать риск появления рака и предотвратить развитие злокачественных патологий. Обработка результатов генетических исследований, как правило, предполагает проведение биоинформатической обработки большого объема данных. Для этих целей на базе Института биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра РАН, в рамках мегагранта Правительства РФ под руководством ведущего иностранного ученого, профессора Инги Прокопенко (Университет Суррея, Великобритания) создается кластер высокопроизводительных вычислений.

Множество факторов влияет на то, как протекает хроническая почечная недостаточность у конкретных людей. С помощью технологий искусственного интеллекта исследователи Евразийского НОЦ смогут создать технологии персонифицированного диализа для пациентов с таким заболеванием. При проявлениях почечной недостаточности очистительная система почек перестает справляться с выведением жидкости и токсинов из организма, и часть из них попадает в кровь. Это очень опасно и в отдельных случаях приводит к отёку мозга и летальному исходу. Технология диализа применяется для выведения излишков жидкости с продуктами обмена веществ и различными токсинами из кровеносной системы пациента. Однако стоит отметить, что реакция организма и особенности свойств крови в том числе зависят от большого количества факторов и особенностей организма. С помощью искусственного интеллекта, который использует технологии больших данных и прогностические методы для оценки реакции организма можно в несколько раз увеличить полезный эффект проведения диализа и не допустить ухудшения развития болезни, при котором в большинстве случаев заболевшим приходится проводить операцию по трансплантации почки. В будущем, по словам ученых, возможно использование технологий расшифровки генов пациентов для еще более детальных методов анализа специфичных реакций организма на проведение диализа, и увеличение его эффективности.

Для привлечения молодых талантливых ученых-генетиков на базе БашГУ, входящего в число университетов-участников Евразийского НОЦ, создана молодежная лаборатория популяционной и медицинской генетики. В ней перспективные молодые ученые смогут реализовать собственные разработки по расшифровке ДНК человека.ы Создание молодёжных лабораторий НОЦ реализуется в рамках национального проекта «Наука и университеты». На эти цели федеральным бюджетом предусмотрено более 15 млн рублей на одну лабораторию ежегодно.

Поиском путей преодоления нейродегенеративных заболеваний займутся в Белгородской области. Лечение болезни Альцгеймера, Паркинсона, а также бокового амиотрофического склероза в скором времени сможет стать реальностью при помощи геномной медицины.

В сентябре Белгородский научно-исследовательский институт «БелГУ» (НИИ «БелГу») при поддержке главы региона направил заявку на участие в гранте Федеральной научно технической программы по развитию генетических технологий в РФ на сумму 267 млн руб. с софинансированием в 160 млн руб. со стороны университета. Белгородские исследователи планируют разработку систем обнаружения молекулярных механизмов развития нейродегенеративных заболеваний и поиску путей персонализированной коррекции с использованием геннотерапевтических лекарств. Как известно, большая часть нейродегенеративных заболеваний связана с наличием у заболевших особых генетических предрасположенностей, при которых расположение или наличие ряда генов может стать причиной возникновения болезни. Для разработки путей решения проблемы нейродегенеративных заболеваний в Белгороде планируется создать НИИ генетических технологий с клиникой генной терапии, что послужит не только оказанию помощи этой категории больных, но и даст мультипликативный эффект развитию генных технологий. Руководителем проекта выступает российский учёный, получивший международное признание - профессор Кардиффского университета (Великобритания) Владимир Бухман.

Стоит отметить, что на сегодняшний день в Белгородском госуниверситете уже создан Объединённый центр генетических технологий (ОЦГТ). Подразделения ОЦГТ намерены проводить исследования в области генетических технологий по четырём, ориентированным на разные объекты направлениям: растения, животные, микроорганизмы и человек.

НИИ «БелГУ» является университетом-участником белгородского научно-образовательного центра мирового уровня «Инновационные решения в АПК». Уже сейчас Белгородский НОЦ имеет выдающиеся достижения в области геномных исследований: в рамках действующего проекта в июле ученые совместно с аграриями региона провели успешное оздоровление поголовья крупного рогатого скота от лейкоза. Это заболевание вызвано мутацией генов коров из-за поражения клеток особыми вирусами.

Дальнейшее развитие медицины невозможно без геномных исследований, раскрывающих особенности реакции иммунной системы человека на патологическую микрофлору на клеточном уровне. Геномная медицина на сегодняшний день находится в числе приоритетных направлений национального проекта «Наука и технологии».

Информационная справка

25 декабря 2020 года Президент Российской Федерации Владимир Путин подписал Указ о проведении в 2021 году в России Года науки и технологий. Задача Года - привлечение талантливой молодежи в сферу науки и технологий, повышение вовлеченности профессионального сообщества в реализацию Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, а также формирование у граждан нашей страны четкого представления о реализуемых сегодня государством и бизнесом инициативах в области науки и технологий.

В Год науки и технологий по всей стране проходят мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаются образовательные платформы и конкурсы.

Так, реализуется масштабный просветительский проект «На острие науки», включающий экскурсии в суперсовременные лаборатории, публичные лекции ведущих ученых в школах и вузах, мастер-классы по беспилотникам и робототехнике. Кроме того, школьникам и студентам доступен карьерный тест «Какой ты ученый?». Среди других проектов - «100 вопросов ученому»: на платформе Яндекс.Кью эксперты, ученые и популяризаторы науки отвечают на самые интересные научные вопросы. Задать свой вопрос или стать экспертом можно в любое время. Еще один проект - «Наука рядом»: в стране есть много молодых и уже успешных ученых, которые создают лекарства от рака, двигатели для ракет, решения на основе искусственного интеллекта и много-много чего еще. Именно они должны быть лучшими примерами и ролевыми моделями. Поэтому билборды с их лицами размещаются на улицах городов России. Также реализуется проект «Наука в формате 360 » - это уникальная коллекция виртуальных туров по лабораториям российских научных и образовательных организаций, в которых ведутся исследования по грантам Российского научного фонда. Не выходя из дома можно окунуться в захватывающий мир науки и увидеть, как проходят научные эксперименты.

Подробная информация об этих и других мероприятиях Года доступна на сайте годнауки.рф. АНО «Национальные приоритеты» - оператор проведения Года науки и технологий в Российской Федерации.