Механики против рака
В условиях реформирования отечественной науки ученые продолжают работать. И одновременно — всеми цивилизованными способами доводить свою точку зрения до власти. Ведь у нас общая цель, считают они, — интенсивное развитие страны. Фатальным может стать 2013-й для российской науки. В конце июня без обсуждения вброшен, а в сентябре молниеносно принят закон о реформе РАН (см. «Опыты на мозге», «Э-У» № 27 от 08.07.2013). По сути, он предусматривает ликвидацию академии наук в прежнем статусе и возложение основных функций РАН на специально созданное федеральное агентство, структура и полномочия которого до сих пор окончательно не определены. Имущество, которым распоряжалась академия, перешло в управление этого агентства; научные исследования, вполне вероятно, тоже будут финансироваться из некоего фонда.
Статус региональных отделений РАН (Уральского, Сибирского и Дальневосточного) прописан в законе крайне невнятно. При этом очевидно: деформирование региональных отделений поставит под удар не только науку, но и научное сопровождение оборонной промышленности, здравоохранения, противодействия техногенным, экологическим, космическим угрозам, национальную безопасность страны в целом, говорил на наших страницах академик РАН, председатель УрО РАН Валерий Чарушин (см. «Траектория регресса», «Э-У» № 35 от 02.09.2013).
Между тем ученые продолжают работать. Как сказал директор Института химической биологии и фундаментальной медицины СО академик Валентин Власов, «это люди трудолюбивые и самодостаточные. Им некогда митинговать, они заняты любимым делом. И они найдут, где им этим делом заниматься» (см. «К катастрофам мы привыкли», «Э-У» № 46 от 18.11.2013).
Пермские ученые-механики в рамках совместного проекта со специалистами Пермского онкологического диспансера разработали и совершенствуют метод инфракрасной термографии для выявления опухолей молочной железы на ранних стадиях. Вообще-то сотрудники лаборатории физических основ прочности Института механики сплошных сред Пермского НЦ Уральского отделения РАН занимаются далекими от медицины проблемами — ударными волнами в конденсированных средах. Как это связано с физикой рака, мы говорим с заведующим лабораторией доктором физико-математических наук Олегом Наймарком. В ноябре этого года ему присуждена премия им. академика Н.А. Семихатова (за серию работ «Структурно-скейлинговые переходы и механизмы деформирования и разрушения материалов в широком диапазоне интенсивностей нагружения»).Организм как система
Здоровые и больные участки тела имеют разную температуру — это известно людям с глубокой древности. Современный метод диагностики, термография, основан на регистрации интенсивности излучения тканей человека в инфракрасном диапазоне. В норме каждый участок поверхности тела дает характерную термографическую картину. Изменение в нормальном распределении температур — признак болезни: над патологическими очагами флуктуации инфракрасного излучения приобретают качественно новый характер из-за изменения метаболических процессов. Сегодня инфракрасная термография используется для диагностики различных заболеваний — от закрытых переломов, ушибов до острых аппендицитов и панкреатитов.— Олег Борисович, в названии вашего института ключевые слова — сплошные среды. Что это такое и что объединяет физику процессов разрушения и исследование биологических систем?
— Сплошные среды — это все, что вокруг нас: определенно это твердые тела, жидкости и даже звездная материя в известном приближении. Нас интересует, как эти тела ведут себя при деформации, каковы сценарии разрушения — это важно для оценки надежности материалов, особенно при интенсивных воздействиях. Наша лаборатория располагает уникальными экспериментальными комплексами, позволяющими изучать in-situ (в процессе нагружения) поведение конденсированных сред в очень широком спектре пространственных и временных масштабов. Результаты, полученные в лабораторных условиях, можно проецировать на различные области приложений: от оценки надежности современных авиационных двигателей, элементов фюзеляжа самолетов до объяснения механизмов разрушения иллюминаторов и экранов космических аппаратов при соударении с микрометеоритами.
Мы изучаем изменения в поведении сплошных сред, вызванные дефектами. А появление дефекта — это локальное нарушение симметрии, одного из фундаментальных свойств материи. Под этим углом физики рассматривают сценарии эволюции Вселенной, в частности последствия Большого взрыва. Расчеты, описывающие поведение конденсированных сред в ударных волнах, широко использовали специалисты НАСА во время знаменитого эксперимента 2005 года, когда космический зонд успешно атаковал комету Темпель-1. Такие эксперименты позволяют понять закономерности формирования Солнечной системы и происхождение жизни на Земле, а также разрабатывать методы противодействия возможной космической угрозе.
— А как пришла мысль применить методы исследования нелинейных сплошных сред к диагностике раковых опухолей?
— Живая клетка, ткань, организм в целом — все это нелинейные системы. И в них возникают дефекты. Около десяти лет назад, изучая симметрийные аспекты при развитии повреждений в твердых телах, в кристаллах, мы увидели аналогию с эволюцией ДНК (которую Эрвин Шредингер определил в своей книге «Жизнь с точки зрения физики» как биологический кристалл). Эффекты плавления-распада в растягиваемой двойной спирали ДНК, роль так называемых «открытых комплексов», иначе говоря, дефектов — одна из фундаментальных проблем в статистической физике биологических систем, описывающей сценарии их поведения от ДНК до клеток и тканей.
Обрабатывая данные по динамике флуктуаций клеток (мы ведем совместные проекты с группой профессора Владимира Тычинского), мы обнаружили общие закономерности в поведении здоровых и пораженных тканей и клеток, что может стать основой для разработки новых подходов в ранней диагностике.
Новый язык
— Как началось ваше сотрудничество с Пермским онкологическим диспансером?— Мы просто предложили использовать нашу уникальную экспериментальную базу для инфракрасной диагностики рака молочной железы. Совершенно безвозмездно. Сначала это была экстренная гистология: образец ткани мы сканировали непосредственно во время операции своими методами, чтобы определить характер опухоли — доброкачественная она или злокачественная. Потом инфракрасную термографию стали применять для раннего выявления новообразований. Вообще инфракрасное изображение очень информативно, благодаря ему можно судить о размере опухоли, границах ее роста, состоянии лимфоузлов, и, как следует из наших результатов, о стадии ее развития и роли окружения.
— Но ведь уже есть достоверный метод диагностики рака молочной железы — маммография?
— Маммография — широко применяемый, но инвазивный метод, а значит, пациентов нельзя подвергать этой процедуре часто. У инфракрасной термографии таких противопоказаний нет. Это метод безвредный, он не требует проникновения в живую ткань. Иногда с помощью термограмм удается диагностировать рак, который не идентифицируется маммографией.
— Насколько популярна в мире инфракрасная термография?
— Это очень востребованное направление. В диагностике онкологических заболеваний, прежде всего рака молочной железы, метод инфракрасной термографии используется с 50-х годов прошлого века. Однако в те времена он давал высокий процент погрешности. В конце XX века термография обрела новую жизнь благодаря созданию инфракрасных камер с очень высоким пространственно-временным разрешением и развитию специальных математических методов обработки инфракрасных изображений.
На сегодняшний день методом термографии в мире обследовано около 300 тысяч пациентов и разработаны специальные «медицинские протоколы». По оценкам специалистов, инфракрасная термография в сочетании с диспансеризацией и маммографией позволяет выявить до 95% опухолей молочной железы на ранней стадии.
— С медиками вы легко находите взаимопонимание?
— В нашем конкретном случае — да. Но вообще это большая проблема, поскольку физические и медицинские методики в корне различны. Лавуазье когда-то сказал, что прогресс в междисциплинарных областях начинается тогда, когда создается новый язык. На Западе специалисты, работающие в области механобиологии, или физики рака, такой единый язык уже выработали. А в России это еще предстоит сделать.
— А с западными коллегами вы говорите на одном языке?
— Да, в том числе и в буквальном смысле: на английском. Во-первых, мы тесно сотрудничаем, а во-вторых, проводим совместные международные рабочие семинары. В июне 2012 года в нашем Институте механики сплошных сред УрО РАН прошел российско-французско-немецкий трансдисциплинарный семинар «Онкология: на фронте молекулярной генетики, биофизики и медицины», в котором приняли участие крупнейшие зарубежные специалисты в области механобиологии, физики рака и онкологии — Алайн Арнеодо (Высшая нормальная школа Лиона, Франция), Джозеф Каас (Институт экспериментальной физики, университет Лейпцига, Германия), Жак Прост (Институт Пьера и Марии Кюри, Париж, Франция). Это уже шестая международная конференция, которую провела наша лаборатория. В феврале будущего года мы организуем в Перми совместно с Институтом проблем химической физики РАН, Институтом физики прочности и материаловедения СО РАН, системой французских университетов ENSAM-ParisTech и при поддержке СколТех международный семинар с участием сотрудничающих с нами исследовательских групп из США, Франции, Германии, Бельгии. Будем обсуждать проблемы многомасштабного моделирования поведения перспективных материалов (сплавов, керамик, композитов) в широком диапазоне интенсивностей нагружения.
Давайте результативно работать
— Как скажется на вашей работе реформа РАН?— Мы занимаемся как фундаментальными, так и прикладными исследованиями, и нам нужна долговременная перспектива, а значит, стабильность для реализации намеченных планов. Проблемы с финансированием, изменения в отчетности, если они будут сопровождаться нарастанием бумажного бюрократического вала, естественно, могут сказаться на результативности и общей атмосфере, к которой очень чувствительна научная молодежь. Сейчас 80% сотрудников нашей лаборатории участвуют в совместных исследованиях с ведущими западными центрами как равноправные партнеры, часто «в режиме дополнения», то есть мы не дублируем, например, экспериментальное оборудование, методические разработки.
Впрочем, мы надеемся, что руководство и сотрудники создаваемого Федерального агентства научных организаций отнесутся к обеспечению результативной работы ученых вдумчиво, с учетом российских реалий и традиций отечественной академической науки, на которую в сложные периоды своей истории опиралась страна.
— То есть в ситуации альтернативы — пытаться продолжать работать или бороться за свои права — вы выбираете…
— Конечно, результативно работать. А значит, быть конкурентоспособными по основным направлениям фундаментальных и, как следствие, прикладных исследований. И одновременно всеми цивилизованными способами доводить свою точку зрения до власти. Ведь у нас общая цель — интенсивное развитие страны в условиях научных революций, в которых определяющая роль принадлежит междисциплинарным исследованиям.