Атомная батарейка для сердца и сосуды из лаборатории: где заканчивается фантастика и начинается медицина будущего
Кролик по кличке Заяц почти два года живет с кровеносным сосудом, выращенным в лаборатории. Следующая цель — научиться делать такие же сосуды для людей. Это приблизит к созданию искусственного сердца, которое работает от «атомной батарейки». Такой работой занимается НИИТФА, институт Научного дивизиона «Росатома». Генеральный директор института Дмитрий Чесноков рассказал, над чем институт работает сегодня и какие разработки планирует довести до практического применения.
Об эксперте: Дмитрий Чесноков — российский ученый, кандидат технических наук, генеральный директор АО «Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации» (НИИТФА, входит в контур «Росатома»). Специалист в области физического материаловедения, оптики и вакуумной техники, совмещающий управленческую деятельность с научно-исследовательской работой.
— Какими разработками института вы гордитесь больше всего и почему именно ими? Интересны и примеры, и критерии: что для вас признак настоящего достижения?
— Мы гордимся теми проектами, которые закрывают критическую зависимость страны от импорта и одновременно открывают новые научные направления. Признак настоящего достижения для нас — это не просто «сделали прибор», а создали технологию полного цикла, которой раньше в России не было, и вывели ее на уровень серийного производства или клинического применения.
Самый яркий пример — гамма-терапевтический комплекс «Брахиум». Это первый отечественный аппарат для высокодозной брахитерапии, который с 2022 года серийно выпускается и поставляется в клиники. До него рынок контактной лучевой терапии в значительной степени зависел от западного оборудования. Мы гордимся тем, что «Брахиум» — это единственный полностью отечественный аппарат для брахитерапии. Более того, до конца 2027 года мы планируем вывести на рынок экспортную версию.
Второй пример — магнитно-резонансный томограф 1,5 Тл. Это «рабочая лошадка» практического здравоохранения, на которую приходится 90% парка МРТ в России. Завершение предварительных испытаний опытного образца в 2025 году — результат многолетней работы, и мы рассматриваем это как задел для полного импортозамещения в диагностике.
Третий, уже «послезавтрашний» проект — биофабрикация. Успешная имплантация функционального трубчатого эквивалента кровеносного сосуда кролику — это не просто научная публикация, а доказательство того, что мы умеем работать с живой тканью. Для нас критерий достижения здесь — способность решить проблему дефицита донорских органов.
— Насколько сейчас актуальна задача создания оборудования российского производства? Есть ли параметры, по которым вы уже обходите импортные аппараты или технологии?
— Актуальность абсолютная. После 2022 года стало очевидно, что технологический суверенитет в медицине — это не абстрактный лозунг, а вопрос непрерывности лечения. Без своего оборудования онкологические центры не могут планировать работу.
Что касается параметров, мы не участвуем в «гонке за лидерами» любой ценой. Наша стратегия — быть лучше там, где это критично для клиники.
Аппарат «Брахиум» создан с использованием отечественных тросовых источников, и его сервис не зависит от импорта комплектующих. При этом функционал схож с импортными образцами оборудования. Новая версия аппарата, ориентированная на экспорт, будет существенно легче и компактнее. Кроме того, в ней будет применен обновленный комплект аппликаторов, удовлетворяющий потребности медицинского сообщества.
По МРТ мы осознанно выбрали поле 1,5 Тл, потому что это наиболее востребованный класс для ежедневной диагностики. Мы целимся в 25% российского рынка (порядка 40 аппаратов в год) и планируем обеспечить не просто поставку, а сервис и модернизацию на десятилетия вперед.
В ядерном приборостроении мы более чем на 90% обеспечиваем газоразрядными детекторами потребности «Росатома», Минобороны и других отраслей. По ряду параметров чувствительности и радиационной стойкости наши счетчики не уступают зарубежным аналогам, а иногда и превосходят их.
— В интервью вы не раз говорили, что сроки по разработкам сдвигаются: часть комплектующих, расходных материалов и программного обеспечения была импортной и после 2022 года стала недоступна. Как бы вы описали состояние сферы вашей деятельности в контексте импортных комплектующих?
— Ситуация сложная, но управляемая. Она потребовала от нас не просто «поиска аналогов», а пересборки логики проектов.
Самый болезненный удар пришелся по электронной компонентной базе и специализированному ПО. Например, в МРТ критически важны высокоточные АЦП (аналого-цифровые преобразователи), малошумящие усилители и ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы). Часть из них была недоступна. Мы вынуждены были уходить на менее производительные, но доступные компоненты, а компенсировать это собственным программным обеспечением и алгоритмами обработки сигнала.
Полностью безболезненно это не проходит: сроки действительно сдвигаются. Но мы не останавливаем проекты, а переводим их на отечественную базу.
— Разберем конкретный случай — иридий-192. В аппаратах контактной лучевой терапии радиоактивный источник приходится менять примерно раз в четыре месяца: изотоп распадается, и его «яркости» больше не хватает. С 2022 года начались перебои с поставками таких источников из западных стран. Что это означало для онкологических центров, насколько острой была ситуация? И на какой стадии сегодня отечественные источники: они уже зарегистрированы как медицинское изделие и поставляются в клиники или пока идут испытания?
— Ситуация была критической. Период полураспада иридия-192 составляет 73,8 дня, и источник приходится менять раз в четыре месяца. В России более 90 аппаратов для контактной лучевой терапии работают именно на иридиевых источниках. Когда в 2022 году поставки из западных стран начали срываться, онкологические центры оказались перед выбором: останавливать лечение или искать источники любой ценой. Это не просто «перебои», а прямая угроза непрерывности терапии для тысяч пациентов.
Что сделано на сегодняшний день: источники иридия-192 для брахитерапии разработаны и серийно производятся в Институте реакторных материалов (АО «ИРМ») в Заречном. Это тоже структура Научного дивизиона «Росатома». Мы в НИИТФА выступаем как соразработчики и интеграторы: источники создаются под наши аппараты «Брахиум».
— У института есть план по магнитно-резонансному томографу: завершить разработку в 2026 году, а первые серийные аппараты выпустить в 2027–2028 годах. Что в этом проекте оказалось самым трудным: сам магнит, электроника или программа, которая превращает сигнал в картинку? На чем обычно спотыкаются те, кто берется делать томограф с нуля?
— Самый трудный элемент — программное обеспечение и система обработки сигнала. Магнит — сложная инженерная задача, но решаемая. Электроника требует высокой точности, но это «железо», которое можно улучшать итерациями.
А вот на программе, которая превращает слабый сигнал ядерного магнитного резонанса в диагностически значимую картинку, спотыкаются почти все. Причины:
1. Реконструкция изображения — это не просто «взять и отобразить». Нужны алгоритмы подавления шумов, коррекции неоднородности поля, компенсации движения пациента. Каждая из этих задач — отдельный НИОКР.
2. Зависимость от импортных вычислительных платформ. Многие готовые решения для реконструкции МРТ-данных поставляются как «черный ящик» и не подлежат модификации. Мы вынуждены писать собственный стек обработки.
3. Валидация и клинические испытания. Даже если картинка «красивая», нужно доказать, что она диагностически эквивалентна снимкам референсных систем. Это требует времени и партнерства с клиниками.
Именно поэтому в проекте МРТ мы с самого начала делали ставку на собственное ПО. Руководитель проектного офиса МРТ Дмитрий Егоров демонстрировал специализированное программное обеспечение руководству «Росатома». Это не презентационный слайд, а рабочий продукт, который проходит испытания.
Вторая сложность — криогеника и магнит. Мы выбрали «безжидкостную» концепцию (без гелия), чтобы упростить эксплуатацию в российских условиях. На этапе проектирования это добавляет сложностей, но снимает головную боль у клиник.
План такой: завершить НИОКР в 2026 году и провести клинические испытания в НМИЦ радиологии (филиал им. Лопаткина). В 2027 году выпустить три серийных экземпляра для опытной эксплуатации, в 2028 году — 10 аппаратов, а к 2029 году выйти на мощность до 40 аппаратов в год.
— В материалах об институте часто встречается кролик по кличке Заяц, которому вживили выращенный в лаборатории кровеносный сосуд. Что именно эта история доказала с инженерной точки зрения? Что вы на ней проверяли и что было главным риском, что могло пойти не так? И как дела у Зайца сейчас?
— Основная цель — показать, что наш тканеинженерный конструкт работает как самостоятельное изделие для замещения поврежденных кровеносных сосудов, причем на дистанции уже почти в два года. Кролику не дают иммуносупрессоры (лекарства, снижающие активность иммунитета), и наш имплантат не отторгается — кролик живет обычную жизнь (за исключением своей популярности). Операция — это всегда риск: были риски отторжения новых тканей и так далее. Но все было предусмотрено и прошло в штатном режиме. Сейчас кролик живет в виварии, кушает, гуляет вне клетки, выезжает на мероприятия и даже дает интервью!
— Насколько далеко от сосуда для кролика до сосуда для человека? Что должно произойти между этими двумя точками: какие испытания, какие сроки, какие принципиально новые задачи появляются при переходе к человеку?
— Главное отличие таких сосудов — клеточная составляющая: кроликам — от кролика, человеку — от человека. Принципиальных вопросов на данный момент нет. Сейчас перед нами только выход на доклинические и клинические испытания, а это занимает, к сожалению, не месяцы, а годы.
— В публикациях об институте звучит идея питать искусственное сердце изотопным источником, по сути «атомной батарейкой». Это та же технология, из которой выросли источники питания для полярных маяков и космических аппаратов. Насколько это реалистично сегодня, и что здесь пока не решено?
— Это очень амбициозная задача. Ее представили президенту на Форуме будущих технологий в начале 2024 года. «Завтра» мы ее технически реализовать пока не сможем, но как вектор развития наших технологий она вполне подходит. Симбиоз техники и биологии таит в себе безграничные возможности, и мы к ним идем!
— Какой, на ваш взгляд, станет медицина через 10–20 лет? Хочется не общего прогноза, а одного конкретного примера. Возьмите любой процесс, скажем, замену сустава или клапана сердца, и опишите, как он будет выглядеть для пациента через 10–20 лет и чем будет отличаться от сегодняшнего.
— Сегодня замена органов звучит как приговор. Отказывают почки, нужно ходить на диализ, принимать препараты и всячески следить за состоянием — это если замены органу нет. А если есть донор, то это почти пожизненные (упомянутые выше) иммуносупрессоры и риски при трансплантации. Мы же смотрим в сторону регенеративной медицины, когда в человеке после нашего вмешательства не остается следов, а организм пациента не содержит синтетических или других «чужих» тканей и конструкций. Человек приходит и планово заменяет изношенные или пораженные ткани и органы без дискомфорта. Автоматизированные устройства ассистируют хирургам, а для замены используются собственные клетки пациента или универсальный клеточный материал, если времени не так много. После операции пациенту с укрепленным здоровьем понадобятся всего несколько недель для возвращения в прежний режим.
Источник: https://science.mail.ru/articles/57780-razrabotki-niitfa/
