Российское образование мирового класса!

Цель Проекта 5-100 – максимизация конкурентной позиции группы ведущих российских университетов на глобальном рынке образовательных услуг и исследовательских программ.

НОВОСТИ


3D-печать, нейросети и наноматериалы для «Новой медицины»

31 марта 2021 года

Нейросети, 3D-печать имплантатов, доставка лекарств с помощью наноматериалов – об этом вы узнаете в заключительной, третьей части обзора уникальных исследований и технологий университетов Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина».

Ученые кафедры системного программирования Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ обучили нейросеть определять псориаз по фото.

«Определение псориаза по фотографии с помощью нейросетевого подхода позволит сократить вероятность ошибки дерматологов в определении типа заболевания, – рассказывает руководитель проекта, кандидат технических наук, доцент Михаил Сухов. – В современной науке и медицине тема применения нейронных сетей для определения наличия заболевания очень популярна. Такие системы имеют ряд преимуществ перед врачом-экспертом. Они объективны, устойчивы, выдают наиболее оптимальное решение, основанное на огромной базе знаний, которую сохраняют навсегда. В то же время такой подход полностью исключает человеческие факторы, ведь знания даже компетентного специалиста могут забываться или путаться».

В специально созданном для диагностики этого кожного заболевания приложении использованы изображения, собранные вручную с медицинского сайта-атласа DermLine. Нейросеть «практиковалась» с помощью обучающей выборки предобработанных фотографий.

Теперь перед учеными Южно-Уральского государственного университета стоят задачи по расширению баз данных для более точной классификации фотографий и снижения риска ошибочного диагноза.

Сотрудник технопарка «Университетский» Уральского федерального университета Евгений Волохин впервые в России разработал модификацию 3D-принтера, способного печатать медицинские протезы и имплантаты из полиэфиркетона, уникального износостойкого биополимера. Преимущество полиэфиркетона перед, например, титановыми пластинами заключается в его химической плотности, схожей с плотностью костей человека. Это существенно снижает риск повторного перелома в месте стыка и облегчает проход через металлодетекторы.

Проект был поддержан Фондом содействия инновациям и победил в конкурсе «УМНИК». В настоящий момент ведутся переговоры с инвесторами, для того чтобы начать промышленное производство уникальных 3D-принтеров.
урфу.jpg
Также ученым из Уральского федерального университета удалось впервые в мире получить поликристаллические пластины на основе твердых растворов галогенидов серебра и таллия, которые могут стать безопасной заменой рентгеновским аппаратам и приборам магнитно-резонансной томографии.

«Пропускная способность наших кристаллических материалов в видимом, инфракрасном и терагерцовом диапазонах достигает 76%. Это исключительный показатель. На сегодня в мире насчитывается всего три класса таких материалов – высокоомный кремний, сапфир и наши кристаллы на основе галогенидов серебра и таллия. Кроме них, в терагерцовом диапазоне используются и некоторые полимеры, но они не обладают такой же прозрачностью, стойкостью к температурным нагрузкам и давлению», – поясняет младший научный сотрудник научной лаборатории волоконных технологий и фотоники УрФУ Анастасия Южакова.

Кроме того, химики УрФУ получили поликристаллические световоды – перспективные волокна, которые можно использовать в приборах для диагностики заболеваний кожи и внутренних органов.

Применение новых поликристаллов можно расширить и до использования в устройствах для сканирования людей и багажа, которые придут на смену громоздким металлодетекторам с вредным рентгеновским излучением.

Тем временем химики Томского государственного университета разрабатывают методы модификации материала, способствующего заживлению ожогов. Принцип работы скаффолда из биоразлагаемого полилактида прост: волокнистый каркас накладывают на поврежденную кожу для ускорения заживления, который впоследствии разрушается и выводится из организма. Задача томских химиков – улучшить слабое сцепление и смачиваемость поверхности скаффолда.
тгу.jpg
«Образование на поверхности материала кислородсодержащих и азотсодержащих функциональных групп способствует улучшению биосовместимости, но важно правильно подобрать режимы обработки материала, – говорит автор проекта, аспирантка, сотрудник лаборатории химических технологий ТГУ Олеся Лапуть. – На первом этапе проекта будут подобраны оптимальные параметры воздействия – время обработки, скорость потока плазмы и другие. Работа будет проводиться на установке, которая располагается на базе НИИ химии нефти СО РАН».
На последующих этапах проекта, поддержанного грантом РФФИ, ученые проанализируют биосовместимость модифицированного покрытия с клетками иммунитета человека.

Физики НИЯУ МИФИ тоже ведут работу над усовершенствованием методов лечения трудно заживающих ран и ожогов, но с применением не имеющей аналогов технологии – антибактериальной фотодинамической терапии (ФДТ), превосходящей антибиотики по эффективности в 10 раз.

Интерес к этому способу продиктован все возрастающей резистентностью бактерий к антибиотикам. Подход основан на введении в организм человека фотосенсибилизаторов (синтетических поликатионных бактериохлоринов), на которые воздействуют светом из специального излучателя. Произведенная световая энергия преобразует молекулы кислорода в активную форму, противостоящую инфекции. 

«Эксперименты показали высокую эффективность бактериохлоринов на штаммах бактерий, обладающих устойчивостью к антибиотикам, причем это были как менее агрессивные грамположительные бактерии, так и более агрессивные грамотрицательные. Это серьезно увеличивает наши шансы на успех в реальных клинических работах», – отметила аспирантка Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ Екатерина Ахлюстина.

Коллектив ученых, включающий физиков из ИОФ РАН и НИЯУ МИФИ, микробиологов из НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи и химиков из ГНЦ «НИОПИК», уже получил патент на химические соединения, используемые в качестве фотосенсибилизаторов. 

Ученые Сибирского федерального университета заняты поиском наиболее эффективного способа доставки лекарственных средств в пораженные органы и ткани с помощью наночастиц минерала ферригидрита.

сфу-ферригидрит.jpg

На базе лаборатории экстремальных состояний организма Института физики СО РАН под руководством доктора физ.-мат. наук, профессора кафедры общей физики СФУ Сергея Столяра и лаборатории молекулярной клеточной физиологии и патологии Научно-исследовательского института медицинских проблем Севера «Красноярский научный центр СО РАН» из продуктов жизнедеятельности бактерий Klebsiella oxytoca были получены наночастицы ферригидрита, обладающие магнитными свойствами.

По словам соавтора исследования, профессора кафедры биофизики и кафедры медико-биологических основ физической культуры и оздоровительных технологий Оксаны Коленчуковой, «самое вероятное применение изученных наночастиц – это сделать их „курьерами“, доставляющими сильнодействующие лекарства адресно в пострадавший орган, минуя здоровые органы и ткани человека, не раздражая желудочно-кишечный тракт, чем грешат многие медикаменты».

Также, по мнению авторов, ферригидриты способны решить проблему железодефицитных анемий у животных (домашней птицы, крупного рогатого скота), таким образом улучшив производительность животноводческих комплексов и фермерских хозяйств.

Как сделать более комфортным сосуществование животных и людей, знают в Сеченовском Университете. До конца этого года в России появится первая вакцина против аллергии на кошек. Особенность препарата состоит в том, что его можно будет применять для предупреждения заболевания, то есть тем людям, у которых еще нет ярко выраженной симптоматики. Вакцина также ослабит тяжелое течение болезни. Специалисты кафедры клинической иммунологи и аллергологии Первого Московского государственного медицинского университета имени Сеченова совместно с коллегами из Венского университета завершили все необходимые исследования. Документы на регистрацию профилактического препарата готовы и скоро будут поданы.