В НИЯУ МИФИ прошел II Международный Симпозиум «Инженерно-физические технологии биомедицины». Одним из основных гостей Симпозиума стал профессор Массачусетского технологического института Роджер Камм, обладатель премий ASME Lissner Award (2010) и European Society of Biomechanics Huiskes Medal (2015). Ученый рассказал РИА Новости о возможностях и перспективах современной биомеханики.
— Роджер, Вы работаете с биологическими машинами, которые способны манипулировать клетками живого организма. Расскажите, пожалуйста, какую функцию они выполняют?
— Биологическими машинами называют своеобразных роботов, способных работать с клетками нашего организма — создавать их и собирать из полученных клеток более сложные структуры. Машины выполняют самые разные функции, и, конечно, их вид зависит от задачи, для которой они создаются. Например, с их помощью исследователи Центра механобиологии и микрофлюидики Массачусетского технологического института пытаются понять процессы, посредством которых клетки «общаются», взаимодействуют друг с другом и развивают структуры более высокого уровня.
Возьмем сосудистые клетки, которые мы наблюдаем в 3D-матрице. Они устроены таким образом, чтобы образовывать сосудистые нервы. А из мышечных клеток собираются мышцы. Элементы более высокого порядка (мышцы или сосудистые нервы) с несколькими типами ячеек, входящими в их состав, выполняют функции, которые отдельные клетки (мышечные или сосудистые) выполнять не в силах. С помощью биологических машин мы генерируем отдельные клетки, помещая их в микрофлюидное (то есть с малым объемом или потоком жидкости) устройство. Там они взаимодействуют друг с другом и развивают функцию более высокого уровня, которую мы можем анализировать.
Микрофлюидное устройство
— Можно ли смоделировать на компьютере сложные биологические процессы с помощью нейросетей или их «мощности» еще не хватает на это?
— Конечно, можно. Возможность моделировать патологические и нормальные биологические процессы организма в микрофлюидной системе позволяет детально наблюдать поведение и, в особенности, гибель клеток. И осуществлять наблюдение можно во всех органах и тканях внутри тела! Моделирование предоставляет возможность непрерывно наблюдать за происходящим в организме в высоком разрешении, что открывает необычайно широкий горизонт для действий.
Представим такую ситуацию: у вас есть сотня разных соединений, которые, по вашему мнению, могут быть эффективными в лечении данного конкретного заболевании. Соответственно, вы прибегаете к помощи сотни микрофлюидных устройств, которые помогают испытать каждый из этих препаратов или видов терапии, а затем понять, какой из них лучше. Кроме того, развитие этого направления позволит создавать практически идентичные нашим организмам (или их частям) системы, сделанные из клеток конкретного организма. Такой индивидуальный подход даст ответ на вопрос, как данный организм отреагирует на тот или иной препарат, при, например, болезни Альцгеймера.
— Позволит ли, с вашей точки зрения, изучение нейронов мозга и их связей создать искусственный интеллект, который будет абсолютно аналогичен человеческому? Если да, когда это произойдет?
— Я считаю, что в будущем это вполне возможно. На данный момент мы уже хорошо умеем формировать из нейронов кластеры. Это позволяет воспроизводить некоторый сигнал в центральной нервной системе. Но в плане получения новых данных, этот эксперимент не сообщает ничего особенного, кроме того, что вы наблюдаете некие колебания, генерацию электрических сигналов. Поэтому настоящий прорыв в этой области произойдет, когда мы получим такие кластеры, которые будут аналогичны кластерам мозга, но притом смогут «учить» клетки и контролировать получение проходящей через них информации. Это вполне может случиться примерно через 10 лет.
— На что направлены ваши основные разработки на данный момент? На какой они стадии?
— Разработки, которыми мы занимаемся, помогут определить лечение, основанное на контроле пролиферации (разрастание ткани) или купировании кровеносных капилляров, в которых нарушена проводимость. Все это применимо для терапии диабетиков, лечения травм и для онкологии — поскольку для того, чтобы пациенты пережили рак, им необходимо обеспечить нормальное кровоснабжение. Наши исследования пересекаются с исследованиями других коллективов, работающими над терапией гипертензии и прочими типами сердечно-сосудистых заболеваний. Но, в основном, конечно, мы стремимся совершенствовать терапию метастатического рака, потому как виной девяти из десяти случаев смерти раковых больных являются именно метастазы. И в первую очередь мы пытаемся смоделировать на компьютере сам процесс, в рамках которого клетки формируют метастатические опухоли. Именно с целью рассказать о том, как наши разработки по микрофлюидике могут помочь онкологии, я приезжал на Симпозиум «Инженерно-физические технологии биомедицины» в НИЯУ МИФИ.
