Эксперт № 46 (2013)

Соруководитель этого гранта со стороны Нижегородской медицинской академии Елена Загайнова подчеркивает: «Как было обещано сделать новые контрастные маркеры на основе флуоресцентных белков дальней красной области, так и сделано». Показано, что с ними хорошо видны опухоли разных видов, в том числе ортотопические метастазы, которые растут глубоко в органе. Удалось показать на живых мышах и в живой опухоли, что в опухоли есть более активные зоны и менее активные. Благодаря этому можно планировать эффективность воздействия химиотерапии: насколько каждая конкретная клетка активна, будет ли она воспринимать лечение. Такого, подчеркивает Загайнова, в мире никто никогда не делал. Наконец, в рамках гранта разработан генетически кодируемый фотосенсибилизатор — KillerRed — одновременно белок и фотоактивное вещество, убивающее опухоль. Его можно будет применять и для лечения человека, после того как пройдут клинические испытания и будет разрешена генетическая терапия.

Все, с кем мы обсуждали результаты работы по этому гранту, отмечали, что подобные исследования экспериментальных опухолей ведутся во многих лабораториях, например в Российском онкологическом научном центре им. Н. Н. Блохина, но такого сочетания разработок, как в этой лаборатории (генетическое маркирование, создание культур флуоресцентных белков и генетически кодируемых фотосенсибилизаторов), в России до сих пор не было.

Матрикс мозга

Грант, посвященный биологии мозга и реализуемый на базе ННГУ в тесной кооперации с ИПФ и Медицинской академией, был получен профессором Итальянского института технологий (Генуя, Италия) Александром Дитятевым . Профессор Дитятев — известный ученый в области науки о мозге, создатель нового направления в нейронауке по изучению синаптических функций внеклеточного матрикса в головном мозге млекопитающих. Научной задачей, стоявшей перед получателями гранта, было изучение влияния различных молекул внеклеточного матрикса мозга на информационные функции передачи сигналов в мозге.

Матрикс — это внеклеточная среда, которая заполняет в мозге пространство между нейронами и различными вспомогательными клетками и, согласно последним исследованиям, активно взаимодействует с клетками мозга. Нейронные сети взаимодействуют с этой средой, образуя различные обратные связи, влияющие на пластичность мозга.

В рамках гранта, в частности, удалось показать, что такие болезни, как эпилепсия и шизофрения, связаны в том числе с нарушением структуры матрикса мозга. Кроме того, коллектив, работавший по гранту, подготовил несколько работ, основанных на применении радиофизических методов для описания сигнальных процессов в мозге. Как заметил заведующий кафедрой нейродинамики и нейробиологии Нижегородского университета, заведующий лабораторией нелинейных процессов в живых системах ИПФ, соруководитель гранта от ННГУ Виктор Казанцев , «использование таких методов — это то, чем славна нижегородская физическая школа со времен одного из ее основателей академика Александра Андронова и чем активно занимаются в ИПФ».

Продолжение гранта позволит заняться разработкой дополненной, модифицированной модели матрикса, которая сейчас включает в себя не только сам матрикс, но и глиальные клетки. Это особый тип клеток, через которые питаются нейроны. Они также вовлечены в процессы активной передачи сигналов в мозге и генерируют кальциевые волны, которые с помощью радиофизических методов изучались в рамках гранта.

Все эти исследования напрямую связаны с выходом на доклинические испытания лекарственных препаратов, воздействующих на мозг, при работе с животными, включая генномодифицированных. Эта работа ведется в том числе в интересах фармкомпаний, которые в других странах обеспечивают существенную часть внебюджетного финансирования подобного рода разработок. Насколько это возможно осуществить в российских условиях, судить сейчас трудно, признает Виктор Казанцев, потому что помимо уже имеющейся научной составляющей необходима еще и соответствующая бизнес-инфраструктура, которая пока не готова. «Но если мы будем предлагать некие решения для бизнеса, то, я думаю, мы достаточно быстро сможем найти и заказы, и финансовую поддержку», — полагает ученый.

Но пока и в ННГУ, и в ИПФ рассчитывают на государственную поддержку исследований мозга в рамках программ развития фармацевтической промышленности и робототехники. В частности, по использованию нейроуправляемых систем в робототехнике.

Заглянуть внутрь Вселенной и скважины

Грант, полученный профессором Стокгольмского (Чалмерского) технологического университета Леонидом Кузьминым для организации лаборатории в Нижегородском техническом университете, предусматривал разработку приемников терагерцевого излучения, необходимых для решения важнейшей задачи фундаментальной физики — выяснения природы сил, вызывающих ускорение расширения Вселенной. Этот феномен объясняется наличием во Вселенной темной энергии и темной материи. Для понимания природы этих явлений требуется детальное знание картины реликтового излучения на субмиллиметровых волнах. Профессором Кузьминым был предложен и успешно реализован болометр (прибор для регистрации фонового космического излучения) на холодных электронах, который представляется самым вероятным кандидатом на то, чтобы стать датчиком нового поколения, способным детектировать реликтовое излучение.

Соруководитель гранта проректор по развитию Нижегородского технического университета Михаил Ширяев объясняет: «Мы решили основную задачу. Создана уникальная лаборатория, и можно смело говорить, что это лаборатория криогенной наноэлектроники мирового уровня. Сформирован коллектив — команда из сотрудников нашего и стокгольмского университетов, представителей других промышленных и образовательных учреждений». Теперь в России только этой лаборатории под силу решать все задачи, связанные с разработкой болометрических систем для высокочувствительных приемников. Причем не только для астрофизических исследований.

Заместитель руководителя по научной работе этой лаборатории, ведущий научный сотрудник ИПФ Вячеслав Вдовин рассказывает, что, например, нефтяники хотели бы поместить ядерно-магнитно-резонансный томограф в скважину для ее подробного изучения, и добавляет: «Но для томографа нужен криостат, а привычные криостаты поместить в скважину невозможно. Нам пришлось разработать криостат, который охладит сверхпроводящий магнит в скважине». И лаборатория уже начинает предлагать свою разработку нефтяникам.

Кроме того, во всем мире в настоящее время прорабатывается возможность организации телекоммуникации в терагерцевом диапазоне. Вместе с НПО «Исток» из подмосковного Фрязино и ИПФ лаборатория работает над созданием терагерцевого коммуникационного канала с пропускной способностью выше 100 Гбит.

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Российское космическое агентство в 2019 году планируют запустить космическую обсерваторию, которая устроена как радиоинтерферометр со сверхдлинной базой: один телескоп в космосе, второй — на Земле. Новая лаборатория — участник этого проекта, сейчас в ней и в ИПФ заняты исследованием свойств материалов, из которых будет строиться обсерватория, при низких температурах.

Нижегородская лаборатория, подчеркивают Михаил Ширяев и Вячеслав Вдовин, безусловно, будет развиваться даже после окончания гранта. Одно из основных направлений ее работы — сотрудничество в рамках европейских проектов. Там появится и возможность заработать. Задача лаборатории — достичь таких результатов, чтобы войти в эти проекты уже полноправными участниками.

Самый мощный в мире лазер

Результаты мегагранта «Экстремальные световые поля и их приложения», выделенного франко-американскому физику Жерару Муру для создания в Нижегородском университете соответствующей лаборатории, позволили сформулировать предложения по строительству в России на базе ИПФ в рамках одного из мегасайенс-проектов самого мощного в мире лазера — мощностью 200 ПВт.

Директор Института прикладной физики РАН академик РАН Александр Литвак: "Если бы рядом с вузами, получившими мегагранты, не было институтов РАН, то вузы не смогли бы эффективно эти мегагранты реализовать"

В этом проекте предполагается создание 12-канальной системы одинаковых каналов лазерного усиления. В рамках гранта, полученного Муру, в университете и ИПФ проведено моделирование каждого канала и всех компонентов и технологий, которые будут использованы в мегасайенс-проекте. Тем самым грант дал возможность разработчикам лазера уверенно сказать, что его архитектура, которую они предлагают, готова к реализации.

Проект был поддержан комиссией под председательством Владимира Путина в числе шести предложений по мегасайенс-проектам. Многие ведущие лазерные школы мира выразили готовность сотрудничать с этим проектом. И не только лазерные: дело в том, что сверхмощные лазеры предполагается использовать для получения электрон-позитронной плазмы в вакууме и для создания компактных ускорителей, способных даже заменить адронный коллайдер.

Еще одно направление исследований связано с проблемой использования видеоимпульсов терагерцевого излучения, генерируемых в результате детектирования фемтосекундных лазерных импульсов, для восстановления изображения недоступных напрямую (скрытых) объектов. Особенно популярно применение терагерцевой томографии для обнаружения на стенах храмов изображения фресок, закрытых более поздним картинным слоем. Профессор Муру — один из инициаторов такой деятельности, ведущейся в Европе в контакте с французским Лувром. Нижегородцы в рамках мегапроекта осуществляют подготовку аппаратуры и компьютерных программ для реализации подобного проекта в России.