Skyscraper SU

В России усовершенствовали нейроимпланты спинного мозга

Российские ученые разработали технологию изготовления мягких и эластичных нейроимплантов спинного мозга на основе углеродных нанотрубок, которые повторяют механические свойства нервных тканей. Новый подход усовершенствует методы восстановления людей, утративших способность двигаться после инсульта или травм, сообщили ТАСС в пресс-службе университета «Сириус».

«Группа российских ученых разработала уникальную технологию изготовления мягких нейроимплантов спинного мозга на основе углеродных нанотрубок, аналогов которой нет в мире. Данная технология дает шанс на восстановление привычного образа жизни людям, утратившим, например, двигательные функции в результате травм или инсульта. Она позволяет изготовить имплант, приближенный по механическим свойствам к нервной ткани, что существенно повышает его биосовместимость по сравнению с аналогами», — сказали ТАСС в «Сириусе».

Нейроимпланты состоят из электродов, воздействующих током на нервные волокна в участках спинного мозга, отвечающих за активность обездвиженных зон тела. Устройство берет на себя функции поврежденных нейронных структур, восстанавливая поток импульсов для возобновления работы конечностей. Современные импланты имеют жесткую структуру. Их установка между костью и спинным мозгом пациента со временем может приводить к компрессии тканей и повреждению самого устройства.

Авторы работы сделали имплант практически таким же мягким и эластичным, как нервная ткань. Это позволило расположить его близко к спинальным нейрональным путям, находящимся под твердой мозговой оболочкой, без вреда для чувствительных тканей органа. Добиться этого с помощью обычных электродов сегодня невозможно, уточняют ученые.

«Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных. Они показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих», — приводит пресс-служба вуза слова Павла Мусиенко, заведующего лабораторией нейропротезов СПбГУ, руководителя направления «Нейробиология» университета «Сириус».

Пермские ученые придумали способ перенести производство лекарств в космос

 Разработка Пермского политеха позволит перенести производство некоторых лекарств от рака и мышечной дистрофии в малый космос, сообщили в пресс-службе Министерства образования и науки Пермского края. Разработка велась в соответствии с целями нацпроекта «Наука и университеты».

Ученые объяснили, что для ряда современных лекарств необходимо выращивать специфические кристаллы белков. Они, в свою очередь, применяются для разработки новых лекарств от таких болезней, как рак и мышечная дистрофия.

«Проблема заключается в том, что подобные кристаллы не получается выращивать на Земле из-за действия гравитации, поэтому сегодня их выращивают на международной космической станции. МКС обладает малым гравитационным полем, постоянно «вибрирует» и находится в вакууме, что мешает верно рассеиваться колебаниям. Ученые Пермского политеха создали математическую модель, которая позволит подавить вышеперечисленные вредные явления. Данный метод теоретически может быть применен для производства белковых кристаллов», — говорится в сообщении министерства.

В космосе для течения жидкости, из которой затем выращиваются кристаллы, лучше использовать закрытый сосуд, чтобы жидкость не расплескивалась и находилась в покое. Для расчета течения жидкости ученые придумали компьютерную модель вакуумной квадратной полости под действием гравитационного поля. Разработчики выяснили, что смогут контролировать структуру течения жидкости и задавать ее движение. Полученные с помощью математического аппарата результаты позволяют остановить движения жидкости в полости, что не препятствует выращиванию белковых кристаллов.

В Белгороде разработали устройство для диагностики инсульта

 Устройство для диагностики инсульта, разработанное учеными Белгородского государственного национального исследовательского университета в ходе работы по нацпроекту «Наука и университеты», отличается компактностью и позволяет в экспресс-режиме провести диагностику, сообщили в пресс-службе вуза.

«Белгородские ученые разработали портативное устройство для экспресс-диагностики инсульта. Первые испытания устройства на пациентах доказали эффективность его применения для своевременного оказания медицинской помощи и профилактики инсульта», — сказали в пресс-службе.

По данным Всемирной организации здравоохранения, инсульт занимает второе место по количеству смертей в структуре сердечно-сосудистых заболеваний. Устройство, разработанное белгородскими учеными, поможет предотвратить фатальные последствия инсульта за счет диагностики и оказания необходимой медицинской помощи в течение нескольких часов.

«Известные в настоящее время аппараты не всегда отвечают предъявляемым требованиям, в частности, не позволяют вести постоянную запись электрокардиограммы. Имеющиеся устройства для экспресс-диагностики также отличаются сложностью конструкции, дороговизной, неудобностью ношения и необходимостью участия специалиста в выявлении инсульта», — отметила доцент кафедры факультетской терапии вуза Людмила Камышникова.

Занявшись решением этой проблемы, ученые медицинского института и студенческого конструкторского бюро проблем робототехники и мехатроники белгородского университета разработали портативное, неинвазивное, удобное в использовании устройство доврачебной экспресс-диагностики инсульта. Компактное устройство для ношения на груди снабдили датчиками ЭКГ, определения наличия движения или местоположения пациента, источником питания, каналом связи и системой тестирования на определение, может ли пациент воспринимать пользовательские уведомления через микрофон для голосовых команд.

В томском исследовательском медицинском центре созданы пять лабораторий

 Томский национальный исследовательский медицинский центр (НИМЦ) создал по нацпроекту «Наука и университеты» пять лабораторий по различным направлениям медицины. Об этом сообщил департамент информационной политики администрации Томской области.

«В рамках национального проекта «Наука и университеты» при поддержке Минобрнауки РФ в НИИ онкологии, НИИ кардиологии и НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ созданы новые научные подразделения», — сообщил департамент.

Лаборатория высоких технологий диагностики и лечения нарушений ритма сердца и лаборатория медицины критических состояний появились в НИИ кардиологии. НИИ медицинской генетики открыл лабораторию инструментальной геномики, где будут разрабатываться ДНК-зонды для лечения хромосомных болезней, и лабораторию геномной идентификации для разработки и создания мультиплексного набора для ДНК-идентификации и определения биологического родства по образцу ДНК человека. В НИИ онкологии создана лаборатория молекулярной терапии рака.

«Все пять новых лабораторий — практико-ориентированные. У каждой лаборатории есть компания-партнер, заинтересованная в том продукте, который будет разработан в результате выполнения прикладных научных тем. В работе максимально задействованы молодые ученые, их потенциал и энергия будут направлены на обеспечение быстрого перевода результатов исследований в стадию практического применения», — отметил директор НИМЦ, академик РАН Вадим Степанов.

Разработка ученых позволит предупредить остановку дыхания во сне

 Ученые Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») запатентовали устройство для предупреждения остановки дыхания во сне, сообщили в пресс-службе вуза. Разработка велась в соответствии с целями нацпроекта «Наука и университеты».

«Безопасное и простое в применении устройство позволит предупредить риск возникновения угрожающих для жизни человека состояний. Запатентованное учеными Белгородского государственного университета устройство стало первой подобной отечественной разработкой, которая благодаря простоте, удобству в использовании и скорости обработки информации превзошла все известные аналоги», — говорится в сообщении пресс-службы.

Синдром апноэ, или расстройство дыхания характеризуется прекращением вентиляции легких во время сна более чем на 10 секунд, что приводит к снижению уровня кислорода в крови, повышению содержания углекислого газа и смещению кислотно-щелочного баланса в сторону повышения кислотности. Апноэ является фактором развития инсульта, инфаркта миокарда, нарушения сердечного ритма, а также внезапной смерти во сне.

Сейчас на зарубежном рынке есть несколько устройств для предупреждения состояния апноэ, но все они имеют недостатки: неудобство конструкции и множество датчиков, общая сложность конструкции. Команда ученых медицинского института, студенческого конструкторского бюро проблем робототехники и мехатроники и Открытой инжиниринговой школы НИУ «БелГУ» провели исследования и разработали первое отечественное устройство подобного типа, превосходящее по эксплуатационным качествам известные мировые аналоги. Важной особенностью инновационной разработки, как отмечает доцент кафедры факультетской терапии, кандидат медицинских наук Людмила Камышникова, является возможность мониторинга дыхания через носовой и ротовой дыхательные каналы одновременно. Благодаря этому возможно оперативно выявить и предупредить апноэ во сне.

Комплекс реабилитации пациентов после инсульта разработали в Новосибирске

Ученые Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) разработали реабилитационный комплекс для людей, перенесших инсульт, который симулирует ходьбу по разным типам поверхности. Уникальность устройства заключается в том, что оно оснащено механизмом, который самостоятельно переводит пациента в вертикальное положение, рассказал журналистам доцент кафедры теоретической и прикладной информатики Алексей Цыгулин.

«Проект реабилитационного комплекса представляет собой машину, которая имитирует ходьбу, одновременно это вертикализатор — можно человека в лежачем положении поднять. Причем можно проводить процедуру не только полностью в вертикальном положении, но и в промежуточных, что на самом деле является уникальным для подобного рода машин», — сказал Цыгулин.

На данный момент уже изготовлены и испытаны детали комплекса, электроника и программное обеспечение. Интерес к разработке проявляют специалисты из Новосибирского НИИ травматологии и ортопедии им. Я. Л. Цивьяна (НИИТО), Новосибирского государственного медицинского университета и Новосибирского федерального центра нейрохирургии. Ученые планируют начать доклинические испытания комплекса в следующем году.

«Благодаря программному обеспечению, которое мы разрабатываем тоже для этой машины, мы можем имитировать не только ходьбу по ровной поверхности, которая сейчас уже является общепринятым реабилитационным способом, но мы можем имитировать ходьбу по лестнице, перешагивать через препятствие, движение по разным местностям», — сказал разработчик.

Он добавил, что для того, чтобы задействовать как можно больше сенсорных возможностей мозга пациента, в реабилитацию принято добавлять элементы геймификации. «Мы планируем поставить большой телевизор и имитировать прогулку», — рассказал Цыгулин. Работа ведется по федеральному проекту «Приоритет-2030».

Научно-исследовательский институт Кузбасса получил грант

 Проект «Инновационная образовательная платформа «Врач Кузбасса 2030» Кузбасского научно-исследовательского института комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний получил грант на реализацию, сообщили в научно-образовательном центре «Кузбасс».

На территории Кузбасского кардиологического центра в Кемерове в очно-заочном формате пройдет ряд мероприятий образовательной платформы «Врач Кузбасса 2030», в числе которых: форсайт-сессия в режиме круглого стола, мастер-классы, научно-практическая школа, образовательный форум.

Образовательная платформа — это единственный в равной степени доступный образовательный ресурс в Кузбассе для тех, кто начинает профессиональный путь, руководит медицинской организацией, занят в подготовке медицинского работника, работает в системе здравоохранения. Будут представлены лучшие отечественные практики в области применения инновационных технологий управления медицинской организацией: наставничество, бережливая поликлиника, система менеджмента качества.

«Врач Кузбасса 2030» — уникальная возможность обмена знаниями и опытом по самому широкому кругу компетенций современного врача, применению клинических рекомендаций и искусственного интеллекта в правильности и своевременности лечения, управлению рисками и нежелательными событиями, проектному и процессному управлению, профилактике эмоционального выгорания, и другие вопросы повышения эффективности труда в медицине», — говорится в сообщении.

Томские ученые учат искусственный интеллект диагностировать болезни

 Ученые Томского государственного университета благодаря нацпроекту «Наука и университеты» разрабатывают методику диагностики болезней при помощи искусственного интеллекта, сообщила пресс-служба вуза. При этом исследователи при помощи математического моделирования и машинного обучения учат ИИ избегать диагностических ошибок.

«Исследователи Томского государственного университета в рамках проекта, поддержанного мегагрантом правительства РФ, разрабатывают инновационные подходы, которые уменьшат время диагностики заболеваний в сотни раз — с нескольких дней до нескольких минут. Один из подходов заключается в использовании искусственного интеллекта, обученного поиску биомаркеров болезней в биологических жидкостях и тканях пациента. Чтобы избежать диагностических ошибок, исследователи используют математическое моделирование и машинное обучение. С их помощью ученые ТГУ создают «врачебный» опыт нейросети», — сообщила пресс-служба.

Для диагностики болезни образец биоткани подсвечивается лазером, что позволяет получить так называемый молекулярную карту всего образца с высоким разрешением. «При множестве плюсов недостатком метода является слабый регистрируемый сигнал, поэтому необходимы методы, способные убрать искажающие помехи. В противном случае нейросеть будет обнаруживать в образцах то, чего нет, и это приведет к гипердиагностике, либо пропускать биомаркеры, свидетельствующие о наличии патологии», — отметили в вузе.

Чтобы избежать этого, исследователи с помощью математического моделирования искусственно «производят» биомаркеры разных заболеваний и используют эти библиотеку для обучения нейросети, после чего тестируют ее на реальных образцах. Исследование находится еще на ранней стадии, но полученные результаты подтверждают большие перспективы этого метода. Он также может использоваться при поведении криминалистической экспертизы.

В состав научной группы, помимо томских исследователей, входят представители Саратовского и Московского государственного университетов.

Пермские ученые изучили влияние ковида на иммунную систему подростков

 Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) проанализировали состояние иммунитета детей и подростков, которые болели COVID-19. Это позволит выработать рекомендации по лечению и профилактике заболеваний. Исследования велись в соответствии с целями нацпроекта «Наука и университеты», сообщили в Министерстве науки и образования Пермского края.

«Ученые проанализировали иммунограммы детей и подростков в Пермском крае в 2020-2021 гг. Возраст пациентов составил от 5 месяцев до 17 лет. Из них сформировали три группы: 0 — 3 года, 4 — 9 лет и 10 — 17 лет. Лабораторную диагностику иммунной системы специалисты проводили на основе серологического и проточного цитофотометрического анализа на базе медицинского центра «Философия красоты и здоровья». Всего они изучили 247 проб. Участники не были вакцинированы от COVID-19», — сказали в министерстве.

Затем иммунограммы были разделены на четыре категории по состоянию иммуноглобулинов IgA, IgM и IgG. Затем иммунограммы проанализировали по трем показателям: абсолютному значению фагоцитоза, фагоцитарному числу и фагоцитарному индексу. Исследование выявило гиперактивность иммунитета у младших групп. Так, у них вырос уровень иммуноглобулинов. При этом младшая группа отличалась повышенным индексом иммунорегуляции. У старшей группы увеличились показатели лейкоцитов при пониженном уровне иммуноглобулинов.

Тем не менее, при выздоровлении пациентов отклонение показателей уменьшается. Однако у младшей возрастной группы абсолютное значение фагоцитоза снижалось при невысоком уровне иммуноглобулинов, а у старшей группы — при высоком уровне иммуноглобулинов. По словам ученых, полученные данные будут полезны при подготовке рекомендаций для более эффективной профилактики и лечения COVID-19.

Нижегородские ученые научились по-новому определять постковидный синдром

 Ученые Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского нашли новый способ диагностики постковидного синдрома с помощью нейросети. Исследования велись в соответствии с целями нацпроекта «Наука и университеты», сообщили в правительстве Нижегородской области.

«Поскольку большинство смертей от последствий коронавируса обусловлены сердечно-сосудистыми нарушениями, разработанная нижегородскими учеными нейросеть обнаруживает постковидный синдром по аномалиям вариабельности сердечного ритма, помогая определить негативное влияние COVID-19 на сердце и сосуды», — привели слова пресс-службы вуза.

Ученые выявили на ЭКГ у 90% пациентов «красной зоны» аномальные низкоамплитудные участки — кардиоспайки. При этом у не болевших ковидом такие спайки наблюдаются только в 3% случаев.

На основе полученных данных создана и обучена нейросеть, способная по данным ЭКГ отличить постковидный синдром от других функциональных нарушений в работе сердца и сосудов. При этом такая система позволяет мониторить состояние пациентов с любыми штаммами коронавирусами. Изобретение было запатентовано в сентябре этого года.

В России создали новые сорбенты, помогающие бороться с заражением крови

 Химики из России разработали сорбенты на базе синтетических алюмосиликатов, которые можно использовать для очистки крови от токсичных молекул при развитии сепсиса, гепатита, острого панкреатита и многих других заболеваний, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

«Исследование синтетических образцов алюмосиликатов показало, что они не токсичны, а также обладают высокой сорбционной способностью. Это позволяет говорить о возможностях разработать новые селективные нетоксичные гемосорбенты на основе синтетических алюмосиликатов, до 12 раз превосходящих по своим свойствам активированные угли», — заявила заведующая лабораторией Института химии силикатов РАН (Санкт-Петербург) Ольга Голубева, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

Голубева и ее коллеги разработали нетоксичный и высокоэффективный сорбирующий материал на базе синтетических алюмосиликатов, который способен быстро и избирательно вылавливать молекулы бактериальных токсинов из крови пациентов и тем самым защищать их от дальнейшего развития сепсиса. Ученые совершили это открытие в ходе опытов с синтетическими аналогами так называемых цеолитов и других природных алюмосиликатов.

Так ученые называют пористые минералы на базе соединений алюминия и кремния, обладающие высокой абсорбционной способностью. Они широко применяются сегодня при разработке систем очистки воды, в химической промышленности и во многих других отраслях экономики.

По словам исследователей, новые сорбционные материалы способны поглощать примерно в 2–12 раз больше токсинов, чем это делают различные марки активированных углей, при этом они отличаются значительно более высокой избирательностью действия. Это выгодно отличает их от уже используемых материалов, применяемых при аппаратном очищении крови, подытожили Голубева и ее коллеги.

Ученые университета ИТМО создали наноробота из молекул ДНК для обнаружения возбудителей болезней

Первый автор проекта по созданию высокочувствительного наноробота из молекул ДНК для обнаружения возбудителей болезней, аспирант химико-биологического кластера ИТМО Ахмед Эльдиб. Источник изображения: Дмитрий Григорьев, ITMO.NEWS

Ученые университета ИТМО создали наноробота из молекул ДНК для обнаружения возбудителей болезней. Его эффективность проверена на COVID-19, но в перспективе ДНК-роботы могут быть адаптированы и для выявления других вирусов. Об особенностях этой разработки пишет журнал об инновациях в России «Стимул». Для применения нового метода не нужны обученный персонал, сложное оборудование и дорогие реагенты. Он не уступает в точности ПЦР, одному из самых чувствительных методов молекулярной диагностики инфекционных заболеваний. При этом ПЦР имеет ряд ограничений. Так, анализ образцов можно проводить только в лабораторных условиях, применяя дорогостоящее оборудование. Аптечные экспресс-тесты любой человек может самостоятельно использовать дома, однако чувствительность этого метода очень низкая. Например, такие тесты могут показать ложноотрицательный результат при небольшой вирусной нагрузке (количество вируса в организме).

В разгар пандемии коронавируса ученые химико-биологического кластера ИТМО поставили цель создать систему для обнаружения инфекций, которая будет проста в использовании, как аптечные экспресс-тесты, но при этом близка по точности к ПЦР. Им удалось разработать наноробота из молекул ДНК, способного быстро определять наличие вируса в образцах, взятых, например, со стенок носа.

«В основе практически всех проектов нашей лаборатории — работа с каталитически активными нуклеиновыми кислотами, так называемыми дезоксирибозимами, — рассказал ,,Стимулу" первый автор исследования, аспирант химико-биологического кластера ИТМО Ахмед Эльдиб. — ДНК-машина для детектирования коронавирусной инфекции также основана на дезоксирибозимах. Дело в том, что свойства, ранее обнаруженные другими учеными, делают дезоксирибозимы эффективной основой для диагностики. Они обладают стабильностью, биосовместимостью, а также просты в синтезе и модификации конструкций. Когда началась пандемия коронавируса, мы, наблюдая за большим спросом на дорогостоящие ПЦР-тесты, пришли к идее использовать дезоксирибозимы для детектирования SARS-CoV-2 в качестве более простой и дешевой системы».

Робот содержит 215 нуклеотидов (элементарные структурные единицы ДНК и РНК). В основе метода лежит важное свойство олигонуклеотидов — комплементарность азотистых оснований. То есть, зная последовательность РНК коронавируса, мы составляем ДНК-машину с комплементарными участками, которые будут прикрепляться к РНК вируса.

К роботу подсоединены четыре специальных «рычага», ученые называют их «руки». Чтобы проанализировать образец на наличие инфекции, нужно добавить в него раствор с ДНК-системой и специальное вещество, способное светиться (флуоресцентный субстрат), которое позволит визуализировать результат. Робот сможет обнаружить вирус, даже если он будет присутствовать в малом количестве.

«"Руки» — это части дезоксирибозимов, — поясняет Ахмед Эльдиб. — Они включают в себя участок, связывающийся с РНК вируса, и участок, взаимодействующий с флуоресцирующим субстратом. «Руки» работают в парах: если РНК вируса присутствует, то пары «рук» формируют активный центр, который расщепляет прикрепленный флуоресцирующий субстрат, и мы можем видеть его свечение, то есть детектировать наличие коронавируса. Механизм разворачивания РНК достаточно прост. Машина приближается к РНК вируса, начинает прикрепление с любого участка по принципу комплементарности, и далее прикрепление продолжается будто под действием магнита, что заставляет РНК вируса разворачиваться в линию".

Следующий этап проекта — «упаковать» разработанный метод в удобную тест-систему для домашнего использования, а также научить ДНК-роботов распознавать не только COVID-19, но и другие вирусы и онкомаркеры.

«Наша цель, — говорит Ахмед Эльдиб, — доработать наш метод так, чтобы тесты можно было проводить в домашних условиях. Технология будет основана на явлении квантовых точек — флуоресцентных нанокристаллов, к которым будет прикреплена ДНК-машина. Мы видим это так: пациент получает набор для анализа, в котором содержится пробирка с реакционной средой, слайд с квантовыми точками и устройство с ультрафиолетовой лампой (для обнаружения свечения). Перед сном пациент берет у себя мазок из носа, опускает в реакционный буфер и наносит на слайд. Утром он вносит слайд под ультрафиолетовый свет, после чего проявляется свечение квантовых точек. Используя специальное приложение на телефоне, пациент сможет детектировать свечение и понять, заражен ли он».

Алексей Андреев

Биотехнологи из Москвы расширили знания о транспортном белке STARD3

 Исследование структуры белка из шелкопряда помогло российским биотехнологам из федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН) узнать больше о транспортном белке STARD3, который способствует накоплению каротиноидов в сетчатке человеческого глаза и защищает ее от окислительного стресса. Работа проводилась при поддержке нацпроекта «Наука и университеты», сообщили в пресс-службе исследовательского центра.

Семейство стероидогенных регуляторных белков (steroidogenic acute regulatory lipid transfer или START) отвечает за транспортировку различных нерастворимых в воде субстанций между разными тканями, клетками и частями клеток эукариот. В структуре каждого такого белка образуется специальная полость, внутри которой связывается молекула липида. Минимальный фрагмент этого белка называется START-домен, или STARD. В зависимости от репертуара связываемых липидов START белки получили разную нумерацию. Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН детально сравнили структуру белка STARD3 и родственного ему белка BmCBP из тутового шелкопряда.

«Мы определили пространственную структуру белка BmCBP у тутового шелкопряда с высоким разрешением. Этот белок связывает и переносит каротиноиды, что определяет окраску шелка. Но каротиноиды не менее важны и для здоровья человека, потому что они обладают антиоксидантными свойствами. Теоретически, данный белок можно использовать для адресной доставки антиоксидантов. Это помогло бы бороться с окислительным стрессом в клетках, именно он, например, вызывает возрастную дегенерацию сетчатки», — сказал доктор биологических наук, руководитель группы «Белок-белковые взаимодействия» ФИЦ Биотехнологии РАН Николай Случанко.

Каротиноиды играют большую роль в зрении человека, помогая защищать сетчатку от ультрафиолета и фотоповреждения. Если этих соединений не хватает в пище, зрение человека может ухудшиться. Ученые показали, что белок BmCBP способен связывать каротиноиды различной природы, которые особенно важны для здоровья человека. С помощью направленного введения мутаций было показано, какие аминокислотные остатки белка BmCBP определяют его способность связывать каротиноиды, а также было обнаружено, что BmCBP гораздо более эффективен по части связывания каротиноидов, чем белок STARD3 человека.

«Наши данные объясняют молекулярный механизм захвата и доставки каротиноидов белками START семейства. Мы узнали больше о том, какие типы каротиноидов и за счет чего переносят эти белки. Это открывает новые возможности для биотехнологического производства и биомедицинского применения этих белков, в том числе для лечения различных заболеваний в долгосрочной перспективе», — отметил Николай Случанко.

В Уральском федеральном университете разработали сенсор для определения уровня холестерина в крови

В микроячейке происходит электрохимическая реакция, результат которой регистрируют с помощью потенциостата подключеннного к компьютеру, который показывает уровень концентрации холестерина. Источник изображения: Родион Нарудинов / УрФУ

Учёные Уральского федерального университета (УрФУ) разработали новое сенсорное устройство для определения уровня холестерина в крови. Вместо природных белковых соединений — ферментов — система использует их неорганические аналоги. Это позволит удешевить процесс создания измерителей холестерина и сделать проверку крови проще и быстрее. Корреспонденты журнала об инновациях в России «Стимул» побеседовали с разработчиками устройства.

Сейчас количество холестерина в крови определяют с помощью колориметрии, хроматографии и ферментов. В этих методах используют либо крайне агрессивные реагенты, либо сложное и дорогостоящее оборудование, либо биосенсоры, где в качестве распознающих и чувствительных элементов, определяющих уровень холестерина, применяются ферменты — биологические молекулы, которые добывают из живых организмов. Например, фермент холестериноксидаза производится некоторыми видами бактерий.

«Процесс анализа удешевляется и упрощается за счет того, что мы не используем эти природные ферменты, — рассказал ,,Стимулу" один из авторов исследования, доцент кафедры аналитической химии УрФУ Андрей Охохонин. — Нет необходимости их специально выделять, создавать на их основе тест-полоски. Ферменты, так как это белковые молекулы, требуют довольно жестких условий хранения. При несоблюдении этих условий они могут потерять чувствительность, и результат теста при их использовании может оказаться ошибочным».

ПРИСУТСТВУЕТ В КАЖДОЙ КЛЕТКЕ

Холестерин представляет собой жирный спирт, он входит в состав всех тканей и играет ключевую роль в метаболизме высших животных, в том числе человека. Это вещество выполняет множество важных функций в синтезе стероидных гормонов и желчных кислот. Холестерин является обязательным компонентом клеточных мембран, он отвечает за упорядочивание, компактность и устойчивость липидного биослоя. Кроме того, он участвует в регуляции проницаемости клеточных стенок, определяя, какие молекулы могут проникать внутрь клетки, а какие — нет.

Однако повышенный уровень холестерина в крови является симптомом ряда заболеваний, таких как атеросклероз, наследственные заболевания (семейная, полигенная гиперхолестеринемия, комбинированная гиперлипидемия, наследственная дисбеталипопротеинемия), хроническая почечная недостаточность, нефроптоз, гипертония, болезни печени (острые и хронические гепатиты, внепеченочные желтухи, цирроз печени), заболевания поджелудочной железы (злокачественная опухоль поджелудочной железы, острый и хронический панкреатит).

Холестерин нерастворим в воде и в чистом виде не может доставляться к тканям организма при помощи основанной на воде крови. Холестерин в крови находится в виде хорошо растворимых комплексных соединений с особыми белками-транспортерами, так называемыми аполипопротеидами. Такие комплексные соединения называются липопротеидами. Существует несколько видов аполипопротеидов, различающихся молекулярной массой, степенью сродства к холестерину и степенью растворимости комплексного соединения с холестерином (склонностью к выпадению кристаллов холестерина в осадок и к формированию атеросклеротических бляшек). Различают следующие группы: высокомолекулярные (HDL, ЛПВП, липопротеиды высокой плотности) и низкомолекулярные (LDL, ЛПНП, липопротеиды низкой плотности), а также очень низкомолекулярные (VLDL, ЛПОНП, липопротеиды очень низкой плотности) и хиломикрон. ЛПВП — это так называемый хороший холестерин, он на стенках сосудов не осаждается, ЛПНП и ЛПОНП — это «плохой» холестерин, он может осаждаться на стенках сосудов и закупоривать их. Сам холестерин как молекула может быть свободным, то есть не связанным химической связью с другими молекулами, а может быть эстерифицированным, то есть в виде сложных эфиров с другими молекулами.

Один из разработчиков устройства для определения уровня холестерина в крови, доцент кафедры аналитической химии УрФУ Андрей Охохонин. Источник изображения: Родион Нарудинов / УрФУ

СДЕЛАТЬ ПРОЩЕ И ДЕШЕВЛЕ

Аналитическое компактное устройство, которое дает информацию о присутствии в образце (растворе, крови) того или иного компонента, называется биосенсором. Главная особенность любого биосенсора — наличие элемента природного происхождения. Это могут быть живые клетки, части клеток, какие-либо органоиды, ферменты, антитела, молекулы ДНК. Такие устройства уже несколько десятков лет успешно разрабатываются и помогают нам в повседневной жизни.

Яркий пример — глюкометр, который определяет уровень глюкозы в крови. Капля крови помещается на тест-полоску, и прибор показывает количество глюкозы. Биосенсоры похожего действия есть и для измерения уровня холестерина, других веществ, количество которых необходимо определять в организме.

Но у ферментов — основы этих сенсоров — есть серьезный недостаток. Поскольку они имеют белковую природу, их нельзя синтезировать в лаборатории, эти вещества необходимо выделять из живых организмов. Процесс это довольно трудоемкий, что сильно сказывается на цене ферментов и стоимости самих биосенсоров. Поэтому сейчас очень актуальна задача найти в качестве замены природным ферментам такие вещества, которые можно было бы легко синтезировать в лаборатории, а в перспективе и на предприятиях, чтобы создавать массовый продукт в виде сенсоров для определения холестерина, глюкозы и других компонентов.

«Мы решили подобрать небиологический аналог используемого фермента, чтобы сделать процесс анализа на холестерин дешевле, проще и быстрее, — рассказывает Андрей Охохонин. — У нас есть ряд публикаций по определению холестерина. Там мы исследовали, в частности, хлорид кобальта, наночастицы серебра, золота, палладия. Все они имеют как достоинства, так и недостатки. В новой работе мы сосредоточились на хлориде меди. Это довольно доступный, дешевый материал. И в результате нашей работы мы первыми выяснили, что он проявляет высокую чувствительность по отношению к холестерину».

Сенсор, разработанный специалистами УрФУ, — электрохимический, и медь выступает в качестве медиатора. На электроде с помощью электрического тока сначала восстанавливается, потом окисляется хлорид меди, и если в ходе этого циклического процесса окисления-восстановления к системе добавить холестерин, то окисленная медь сама становится сильным окислителем, окисляет холестерин, и нужный сигнал в виде прироста тока окисления катализатора поступает на прибор под названием потенциостат. Момент, когда холестерин окисляется, виден на экране компьютера, который подключен к потенциостату.

БЕСФЕРМЕНТНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Для измерения уровня холестерина с помощью нового устройства в перспективе будет достаточно небольшого количества крови. Она будет помещаться в анализирующий чип, содержащий раствор хлорида меди в ацетонитриле. В этот чип интегрирован электрод, который подключается к вольтамперометрическому анализатору, выдающему результаты анализа. Достоинство нового чипа заключается также в том, что в нем содержатся магнитные наночастицы с полимерами с молекулярными отпечатками, которые избирательно сорбируют холестерин, отсеивая любые другие вещества, характерные для состава крови.

«Полимеры с молекулярными отпечатками необходимы для того, чтобы эффективно отделять холестерин от других веществ, содержащихся в крови. Попробовав несколько вариантов, мы выбрали в качестве сшивающего агента этиленгликольдиметакрилат, а в качестве функционального мономера — винилпиридин. Синтезированный на поверхности магнитных наночастиц полимер эффективно сорбирует холестерин, поэтому мы можем говорить о высокой селективности анализа, так как никакие другие вещества не мешают», — подчеркнул Андрей Охохонин.

Микрофлюидный чип, в который интегрированы все элементы системы, печатается на 3D-принтере, что также облегчает процесс производства устройства, делает его быстрее. Ученые отмечают, что первую проверку они провели не на биологических образцах, а на модельных растворах, которые имитируют сыворотку крови. Следующий этап работы исследователей — проверка системы на реальных образцах крови. Кроме того, прибор уральских специалистов определяет пока только свободный холестерин, и задача ближайшего будущего — научиться замерять уровень эстерифицированного холестерина.

Исследователи кафедры аналитической химии Научно-образовательного и инновационного центра химико-фармацевтических технологий УрФУ под руководством директора центра Алисы Козициной уже несколько лет занимаются разработкой бесферментных сенсоров для определения целого ряда биологически значимых веществ, таких как глюкоза, мочевина, креатинин.

Сотрудники коллектива уверены, что бесферментый способ со временем станет одним из основных. «Запрос на подобные разработки на мировом рынке очень большой, — говорит Андрей Охохонин, — исследования в этой области ведутся по всему миру, и природные ферменты в сенсорах рано или поздно будут заменены на синтетические аналоги».

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 20-13-00142). Результаты исследования представлены в Journal of Electroanalytical Chemistry.

Российские ученые создали VR-симулятор для сердечно-легочной реанимации

Ученые Сеченовского университета совместно с разработчиком программного обеспечения VRT создали VR-симулятор для отработки навыков выполнения сердечно-легочной реанимации (СЛР). Обучение на нем позволит сократить количество ошибок на 40%, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

«Сеченовский университет совместно с компанией VRT создал VR-симулятор для сердечно-легочной реанимации. Он дает медицинские навыки первой помощи в ситуациях, максимально приближенных к реальным, и предназначен для широкого круга пользователей», — говорится в сообщении.

Там отметили, что обучение по VR-технологии позволит сократить количество ошибок по сравнению с традиционным обучением на 40%, а скорость обучения вырастет в четыре раза. «Кроме того, использование VR-симулятора на 83% эффективнее высокоточного манекена, повышает показатели на 250% и может применяться для работы в группах», — добавили в университете.

Отмечается, что прошедшие обучение на нем смогут реанимировать пострадавшего в ДТП или аварии, помочь при ЧП в метро или других чрезвычайных ситуациях. В комплект VR-тренажера входит манекен, специально настроенный под работу с виртуальной реальностью, персональный компьютер с периферией, VR-гарнитура с комплектующими и лицензия на использование ПО.

Как рассказали в университете, при использовании такого тренажера отпадает необходимость в преподавателе, так как оценивает ученика сама программа. Перед началом работы нужно выбрать локацию или сценарий. Оператор устанавливает сценарий и время обучения, добавляет или убирает отвлекающие факторы, например, шум метро, людей или машин, а также силу и темп нажатия. Планируется, что разработка выйдет на рынок уже в следующем году.