Речь идет как о целой международной команде исследователей, так и о победителях конкурса «Студенческий стартап»

Десятилетиями в медицине используются металлические стенты, эдакие «кронштейны», которые после имплантации не дают стенкам сосудов и органов сужаться. Все надежно, но, увы, чужеродный материал, даже если это и не металл, может напомнить о себе тромбом, и тогда снова проблемы со здоровьем, и при этом нешуточные. А что, если бы этот каркас… просто растворялся, сделав свое дело? Фантастика? Вовсе нет. Это настоящее, которое прямо сейчас создают ученые из Казанского федерального университета (КФУ) вместе с международной командой. В ее состав вошли представители Пермского национального исследовательского политехнического университета, Научно-технологического университета «Сириус» и Университета Лафборо (Великобритания). Они уже представили результаты своего исследования по разработке оптимальных режимов изготовления биоразлагаемых стентов из поли-L-лактидной кислоты (PLLA) с использованием технологии FDM-печати (это та же 3D-печать, только с использованием метода послойного наплавления. - Ред.).

Данный проект - важный шаг в развитии медицинских устройств. Биоразлагаемые стенты могут снизить риски, связанные с металлическими стентами, например, образование того же тромба. Суть научного прорыва проста. Новая технология позволяет создать стент, который держит сосуд, а потом тихо и благородно «уходит», не требуя повторной операции и сводя все негативные последствия к минимуму.

- Это исследование особенно актуально сегодня, когда в мировой науке активно разрабатываются биоразлагаемые материалы и конструкции из них для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Наша технология позволяет изготавливать стенты, которые могут обеспечить необходимую поддержку сосудистой стенки без последующего хирургического удаления и с минимальными рисками для пациента, - цитирует пресс-центр КФУ заведующего лабораторией биожидкостей ПНИПУ, руководителя научной группы по биомедицинской инженерии университета «Сириус» Алексея Кучумова.

Ученые уже создали пять разных по геометрии моделей биоразлагаемых стентов и провели над ними комплексные механические испытания. Для начала члены команды разработчиков из Перми обратились к коллегам с просьбой определить физико-механические свойства будущих изделий. Нужна была также для проведения экспериментов специальная оснастка. Ее в краткие сроки разработали и изготовили в студенческом научном кружке Института математики и механики имени Лобачевского Казанского федерального университета, который, по сути, является конструкторским бюро.

Для значительного сокращения времени на подготовку испытаний они при помощи аддитивных технологий (метод создания трехмерных объектов путем послойного добавления материала по принципу 3D-печати. - Ред.) разработали специализированную экспериментальную установку для проведения четырехточечного изгиба стентов, в которой использовались методы видеофиксации для анализа деформаций и определения жесткости изделий. Все это обеспечило высокую точность измерений при незначительных нагрузках (как внутри сосуда в организме человека), что критично для оценки механических свойств биоразлагаемых стентов.

В итоге анализ результатов проводился с помощью методов видеофиксации для более точного замера степени деформации и определения основных рабочих характеристик биоразлагаемых стентов.

Так, в ходе всех изгибов, то есть испытаний, было выявлено, что разрабатываемые медицинские изделия имеют жесткость максимум на 35,4 процента ниже, чем аналоги из совместимого с организмом человека полиэфира (полилактида). Можно сказать, то, что доктор прописал. Мало того, во время экспериментов ученые выяснили, что изгибная жесткость стентов напрямую зависит от их дизайна, размера и конфигурации ячеек.

Эти знания также помогут в будущем улучшить модели уже существующих стентов и создать новые, более долговечные, с выводом аддитивного производство медицинских устройств на новый уровень.

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОЧАСТИЦ

Пока одни ломают головы над созданием биоразлагаемых стентов, другие объявили войну одному из главных бичей современности - стрессу. Идея учащейся третьего курса Химического института им. А. М. Бутлерова Казанского федерального университета Виктории Аромбаевой и ее команды родилась, как это часто бывает, спонтанно. Разговор за кофе, фраза о бешеном ритме жизни - и вот уже готов стартап на миллион рублей по конкурсу «Студенческий стартап» в номинации «Медицина и технологии здоровьесбережения». Речь идет о создании неинвазивного экспресс-теста на кортизол в слюне. Да-да, тот самый «гормон стресса». И да, никаких тебе уколов, только слюна и 15 минут ожидания.

- На втором курсе у нас начались занятия по дисциплине «Инновационная экономика и предпринимательство», где мы в течение полугода должны были работать над созданием проектов. Для начала нам нужно было выявить несколько актуальных проблем. Мы общались с разными людьми, чтобы выяснить, что волнует общественность. Одна девушка, взглянув на свою кружку с кофе, сказала, что сейчас многих стал волновать уровень стресса из-за ускорения темпа жизни. Мы зацепились за эту мысль и начали ее раскручивать, - рассказала Виктория. - Наша идея заключается в создании доступного и удобного прибора для быстрого определения содержания кортизола в слюне человека с высокой точностью. Тест будет неинвазивным за счет анализа слюны, а не сыворотки крови.

Кортизол - стероидный гормон, вырабатываемый корой надпочечников. Кофе же стимулирует его выброс в организм человека. Работа экспресс-теста на него будет строиться на основе иммунохроматографического анализа с использованием силикатных наночастиц и флуоресцентных красителей. Такого в России еще никто не делал. При реализации проекта затрагиваются такие дисциплины, как аналитическая, физическая и органическая химия, нанохимия, нанотехнологии и медицинская химия. Работы по созданию нового экспресс-теста уже начались, и ведутся они на базе Института органической и физической химии имени А. Е. Арбузова КазНЦ РАН.

Уже понятно, что само изделие будет выглядеть как кассета-полоска, как тест на COVID или беременность. В основе задумки лежит использование модифицированных силикатных наночастиц. Они-то и позволят получить довольно точный результат. Красители на полоске покажут уровень «гормона стресса». Всего две метки. Одна будет контрольной, а вторая будет проявляться в зависимости от уровня кортизола. Много гормона - окраска бледнеет. Мало - остается яркой.

Без всяких там лабораторий наносим слюну на полоску, ждем от 10 до 15 минут до появления контрольной метки, а далее сравниваем полученную окраску с прилагающейся цветовой шкалой. Прямо как с лакмусовой бумажкой.

- Когда мы испытываем стресс, то у нас выделяется кортизол, он попадает в кровь и затем путем диффузии в слюну. Ее и будем исследовать, потому для нашего экспресс-теста не понадобятся уколы. При всем этом результаты будут схожие, как если мы бы взяли для анализа кровь, - объясняет автор идеи. - Слюна попадает на тест-полоску и начинает двигаться. На тест-полоске нанесены две метки. Первая показывает, что антитела работают, она видна в любом случае, так как является контрольной. А вот вторая метка проявляется в зависимости от уровня кортизола. Если «гормона стресса» много, то слюна, передвигаясь по полоске, начинает «забирать» с собой краску и ее интенсивность снижается. Если кортизола мало, то цвет остается таким же насыщенным или чуть бледнеет.

К слову, полученный молодыми разработчиками грант на 1 миллион рублей они потратят на оформление юридического лица для своего проекта, приобретение реактивов и оборудования, а также создание первой экспериментальной партии экспресс-тестов и проведение испытаний. Мало того, как заявила Виктория Аромбаева, рассматривается возможность увеличения финансирования от заинтересованных в разработке потенциальных инвесторов. Планируется и сотрудничество с медицинскими организациями. Тем более что у этого стартапа уже есть некоторые успехи в создании силикатных наночастиц.

Успех проекта также зависит и от проявляемого сейчас интереса людьми именно к персонализированной медицине и без всякого похода к врачам за анализами. Все может дать хороший старт при выходе казанского экспресс-теста на рынок. А дальше, кто его знает, может, получится развить эту технологию до высокоточного экспресс-теста не только слюны, но и мультикомпонентных смесей.

«ПЫЛЕСОС» ДЛЯ ТРОМБОВ

Но стресс не единственный враг. Есть тихий и куда более опасный - тромбы. С ними и решил бороться аспирант первого года обучения Института физики Казанского федерального университета Денис Увин. Он также вошел в число победителей конкурса «Студенческий стартап» и получил 1 миллион рублей на свою разработку.

Его проект - это создание медицинского аспиратора нового поколения для лечения тромботических заболеваний и проведения эндоваскулярной тромбоэктомии. Речь идет об улучшении существующих аппаратов, которые реально помогают увеличить общую продолжительность жизни человека. Молодой ученый, по сути, создает вакуумный «пылесос» для удаления тромбов. Но обо всем по порядку.

В настоящий момент существующие сейчас подобные аппараты либо слишком сильны, но при этом создают высокую кровопотерю при применении, либо слишком слабы, а значит, малоэффективны.

- Решение, которое будет нами использоваться при создании нового аспиратора, связано не только с эффективным удалением тромбов, но и со снижением кровопотери у пациента во время процедуры, - цитирует пресс-центр КФУ своего аспиранта.

То есть он придумал, как совместить по сей день несовместимое - большую мощность с бережным к здоровью пациента эффектом. Его аспиратор - это вакуумные технологии, умная электроника и клапанный блок, который тонко регулирует производительность. Уверенность в успехе проекта придает междисциплинарный подход: физика, инженерия и медицина. Работа по созданию нового аппарата будет идти на базе НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики Казанского федерального университета. Идея молодого ученого заинтересовала маститых специалистов. В реализации проекта будет участвовать не только научная группа лаборатории под руководством доцента кафедры общей физики Руслана Батулина, а также команда отделения рентгенохирургических методов диагностики и лечения № 1 Республиканской клинической больницы Министерства здравоохранения Татарстана вместе с его заведующим, доцентом кафедры хирургических болезней постдипломного образования Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Андреем Терегуловым.

Разработка будет вестись с использованием передовых инженерных решений и последних достижений в области физики конденсированного состояния, вакуумных технологий и материаловедения.

Основа идеи в том, чтобы оборудовать будущий аспиратор специальным электронным модулем, а также клапанным блоком модуляции производительности насоса. Последний, кстати, будет в основном отвечать за бережное удаление тромба. Для пущей надежности и повышения шансов на успех для создания этого высокотехнологичного медицинского «пылесоса» собираются использовать только современные материалы. Такой подход в том числе обеспечит и малый вес самого аппарата, и его прочность, и соответствие всем санитарным нормам/требованиям.

Так все-таки как он будет работать? Все будет происходить в несколько этапов. Включение, создание нужного уровня вакуума. Далее в дело вступает умная электроника, которая в автоматическом режиме регулирует силу работы насоса, при этом будет возможность и ручной его регулировки со стороны врача. После в организм пациента вводится трубка, то есть катетер, им аккуратно при пониженной мощности всасывания (для уменьшения кровопотери) захватывается сам тромб, а после вакуум с необходимой уже силой удаляет его. Элегантно и безопасно.

Но чтобы создать такое, нужны средства. Тут как раз и пригодится тот самый грант в один миллион рублей. Разработчики в течение года должны будут успеть за эти деньги приобрести все необходимые материалы для первого образца будущего аппарата, оплатить время задействованных в работе специалистов, собрать электронный блок управления, провести исследования, испытания и все доработки. Если гранта все же не хватит, то в этом случае рассматривается вариант по привлечению ресурсов через сотрудничество с медицинскими организациями и заинтересованными компаниями. Цель - создать прототип и превратить его в полноценный действующий медицинский прибор.

Уже сейчас считается, что разработка молодого ученого из Казани может найти свое применение не только в сфере здравоохранения Татарстана, но и получить выход на общероссийский и международный рынки. Тем более что будущий чудо-аппарат, возможно, еще и адаптируют в дальнейшем под самые различные возрастные группы пациентов, что сделает его еще более востребованным.

ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ ХИРУРГА

А теперь - смена фокуса. С высот сосудистой хирургии и нанотехнологий мы спускаемся… к спине обычного хирурга. Вернее, к той боли от усталости, которая настигает его после многочасового стояния на ногах около операционного стола. Или к затекшим ногам рабочего у конвейера, который также на своих двоих вынужден стоять и никуда не уходить. Пока одни борются с внутренними угрозами, победитель конкурса «Студенческий стартап», обладатель гранта на миллион рублей шестикурсница Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Малика Юнусова решила дать бой врагу внешнему - гравитации.

Ее стартап - это не стент и не анализатор, а своего рода «умный стул», которого нет. Вернее, экзоскелет-стул для поддержки нижней части тела. Он призван снизить нагрузку на мышцы при длительном нахождении стоя, в наклоне или сидя на корточках. По сути речь идет о легком каркасе, который ты носишь на себе. Устал стоять в операционной или на производстве? Не нужно искать табурет - просто немного присядь, и пневматическая пружина плавно «подхватит» тебя, приняв вес тела. Поясничные и бедренные крепления обеспечат поддержку, а потом так же плавно позволят подняться. И да, под это дело не нужно переодеваться в скафандр - устройство совместимо с любой одеждой.

- Я заметила, как многие людям на работе приходится долгое время проводить стоя, а потом они жалуются на боль в спине. Так возникла идея о создании чего-то, что реально облегчило бы им жизнь, но при этом не сковывало движения во время работы, - говорит Малика Юнусова.

По словам автора проекта, ее экзоскелет-стул обеспечит комфортную поддержку рабочему человеку, этим снизит нагрузку и риски возникновения профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата.

В планах команды Малики не просто скрутить железку, а создать продуманную кинематическую схему, чтобы движения были естественными. Затем - электронный макет с идеальной эргономикой, конструкторская документация и, наконец, сборка первого рабочего прототипа. Финальный аккорд - испытания, где устройство докажет свою состоятельность.

Это кажется таким бытовым на фоне той же борьбы с тромбами. Но в этом-то и гениальность. Такой экзоскелет-стул - это не про лечение, а про качество жизни. Про то, чтобы к концу смены хирург не валился с ног, а у рабочего не болела спина. Это тихая, но уверенная революция в охране труда, которая касается миллионов. И в Казани, как мы видим, держат руку на пульсе и этой, такой осязаемой и понятной многим проблемы.