В столице Приморского края Владивостоке с 10 по 13 сентября проходит Восточный экономический форум, где эксперты поднимают ключевые вопросы развития Дальнего Востока и всей России.
Программа форума затронет и научное будущее региона. В частности, там пройдут дискуссии, посвященные кампусам мирового уровня, обеспечению равного доступа к научно-популярному знанию и независимости технологической инфраструктуры страны.
Приморский край – принимающий ВЭФ регион и один из важнейших на Дальнем Востоке – имеет богатое научное настоящее. Какие решения предлагают ученые, чтобы уничтожать разливы нефти с помощью бактерий, выращивать растения в космосе, изучать окаменелости ихтиозавров и запускать регенерацию мышц, читайте в нашем материале.
Правда чистой воды
Приморье – место с уникальной природой. И немало исследований здесь связаны именно с сохранением природного наследия региона – охраной окружающей среды, спасением редких животных и растений.
Одним из главных источников загрязнения природы остаются промышленные отходы. И специалисты разрабатывают методы и технологии, чтобы защитить флору и фауну. Например, исследователи из Института наукоёмких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета (ИНТиМП ДВФУ) разработали сорбент – вещество для очистки от вредных примесей – который позволяет в несколько раз эффективнее удалять из воды цезий-137. Этот опасный радионуклид влияет на все органы и ткани, воздействует на генетический аппарат человека и может привести к развитию раковых клеток. Поэтому очищать от него воду очень важно.
Другие ученые, уже из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), нашли в Японском море уникальные микроогранизмы, способные разрушать нефть – причем даже при низких температурах. Расшифровка генома этих бактерий позволит понять, как работают гены и ферменты, которые участвуют в разложении нефтепродуктов обитателями водоемов. В будущем это поможет найти новые технологии для устранения разливов нефти и очищения воды.
Во владениях леопарда
Заботятся на Дальнем Востоке не только о жителях водоемов, но и об обитателях суши. Например, здесь проживают дальневосточные леопарды – одни из самых редких животных на планете. Они занесены в Красную книгу. В 2012 году в регионе создали национальный парк для восстановления и сохранения этого вида.
В начале этого года программу по расселению дальневосточных леопардов на новых территориях утвердили в Министерстве природы России – ее разработали в Приморье. К ней подключатся также ученые из Института проблем экологии и эволюции А.Н. Северцова РАН.
«Дальний Восток должен быть не только территорией опережающего развития экономики, социальной сферы и городской среды, за этими планами, проектами нельзя упускать из виду заботу об уникальной экосистеме, о сохранении сотен редких видов растений и животных», – сказал Владимир Путин, выступая на Восточном экономическом форуме.
Есть в регионе и другие удивительные обитатели – грибы, которые умеют «зомбировать» насекомых. Биологи изучают эти процессы в заповеднике «Кедровая падь», который входит в состав «Земли леопардов». Они исследовали кордицепс однобокий – он прорастает внутрь тел муравьев и буквально программирует жертв, создавая из них «марионеток». Пораженное насекомое забывает о своих «нуждах», покидает муравейник и отправляется на поиски места, где сможет прорасти гриб-хозяин. В будущем ученые планируют узнать, как именно организмы без мозга научились контролировать животных с мозгом. Кроме того, такие грибы можно будет использовать для избавления от вредителей в сельском хозяйстве и других опасных насекомых.
Со вкусом моря
Помочь людям способны не только грибы, но и растения. Вещества, которые они содержат, можно применять в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.
Например, ученые ДВФУ создали концентрат на основе водоросли анфельции, в которой есть большое количество полезных для растений микроэлементов. С помощью такой добавки можно выращивать овощи и зелень на удаленных территориях — в северных вахтовых поселках, на станциях полярников, судах дальнего плавания и даже космических станциях.
Причем с этим концентратом растения смогут расти без почвы. Речь идет о гидропонике и высокотехнологичных системах: в них побеги получают питательные вещества из раствора, в который погружены корни. Его состав практически идентичен натуральной почве, а сам он напоминает воду и легко поглощается растениями. К тому же концентрат насыщен фульвовой кислотой – она помогает доставлять микроэлементы к клеткам корней растения.
Команда ученых вместе со студентами ДВФУ изучает влияние конкретных микроэлементов на свойства растений и подбирает сочетания, которые могут дать овощам выраженный вкус и аромат, а также полноценный набор витаминов и питательных веществ.
Другие водоросли сотрудники школы биомедицины ДВФУ решили использовать для создания богатого витаминами и минералами напитка. Они произвели его на основе молочной сыворотки из морской травы – ее еще называют зостерой. Она насыщена морским пектином, натуральным абсорбентом, который выводит из организма тяжелые металлы, радионуклиды и т.д.
Интересно, что ранее сотрудники университета создали оздоравливающий напиток из медузы и цитрусов, а также представили обогащенный йодом хлеб с морским гребешком. Ученые буквально «вылавливают» свои открытия из морей и океанов.
С небес на землю
Однако стихия может не только вдохновлять и приносить людям пользу – она бывает и разрушительной. И исследователям нужно искать способы, которые помогут защитить от катаклизмов и природу, и цивилизацию.
Коренные «жители» Приморья
Земля Приморского края таит много интересного – это подтверждают находки археологов. Так, во Владивостоке, на острове Русском, исследователи нашли две окаменелости возрастом примерно в 235 миллионов лет. Это был морской ящер — ихтиозавр. Уникальность этой находки заключается в том, что крупные фрагменты костей принадлежали одному и тому же животному. Найти такие у археологов получается очень редко.
Кстати, выяснить, чьи это были кости, удалось по следам моллюсков-аммонитов – они служили пищей для ихтиозавров. Впервые окаменелость рептилии триасового периода на острове Русском была обнаружена в 2022 году.
То, что робот прописал
Множество интересных и необычных исследований приморские ученые проводят в области медицины. В частности, создают технологии компьютерного зрения и виртуальной реальности, которые помогают врачам оценить состояние здоровья пациентов. Эти проекты реализуются благодаря программе Минобрнауки России «Приоритет 2030», одной из мер господдержки нацпроекта «Наука и университеты».
В числе таких разработок – программа Neurovision, созданная в ДВФУ для помощи при лечении людей с болезнью Паркинсона. Система анализирует данные пациента, используя модели искусственного интеллекта и алгоритмы, и затем выдает специалисту независимую оценку здоровья и рекомендации. Сейчас программу тестируют врачи в медицинском центре ДВФУ, а также в московских и уфимских клиниках. По словам авторов проекта, благодаря разработке пациент сможет получить объективную оценку своего здоровья и необходимое лечение независимо от того, где проживает.
Еще один цифровой проект ДВФУ основан на VR-технологиях. Ученые разработали новый метод реабилитации двигательных и вестибулярных нарушений в виртуальном пространстве. Помогает в этом специальный костюм для VR-погружения. В его основе – технологии функциональной электростимуляции. Воздействуя токами на определенную группу мышц пациента, костюм заставляет его совершать необходимые движения. Сейчас проект тестируют в медцентре вуза, а также одной из клиник Уфы.
Коррозия металла и «невидимый» аппарат
Ученые ДВФУ не только создают новые технологии, но и совершенствуют традиционные медицинские устройства. Например, недавно разработали «прозрачный» для рентгена аналог аппарата Илизарова. Само изделие было создано еще в середине прошлого века. Конструкция из металлических колец и спиц позволяет зафиксировать кости и суставы в нужном положении, упрощая сращивание сложных переломов. Однако металл, из которого делают конструкцию, не пропускает рентгеновские лучи и мешает получить достоверное изображение поврежденных участков. Новая версия аппарата невидима при рентгеноскопии. Чтобы добиться такого эффекта, металл в фиксаторе заменили полимерными композитами. При этом устройство остается таким же прочным. В настоящее время обновленный аппарат проходит сертификацию.
Еще одна новая разработка в области травматологии – гибридное защитное покрытие для временных саморастворяющихся имплантатов. Такой материал поможет костям правильно срастаться после сложных переломов, а главное – не потребует повторных операций. Дело в том, что обычно для лечения сложных переломов используют временные имплантаты в виде пластин, винтов или сеток. Но для их извлечения необходимо хирургическое вмешательство. Чтобы этого избежать, химики Дальневосточного отделения РАН решили создать имплантаты из материалов, способных полностью растворяться в организме. Например, из сплавов на основе магния. Этот элемент есть в организме человека и по механическим характеристикам совпадает с костными структурами.
Химики предложили заполнить поры оксидного покрытия материалом, способным замедлить растворение магния и уменьшить высвобождение токсичных веществ. Для этого изделие погрузили в раствор биорастворимого полимера поликапролактона и олеата натрия. Олеат натрия снижает химическую активность металлов, замедляя коррозию. При этом он биосовместим и широко применяется в медицине и фармакологии. Поликапролактон также активно используют в медицине. Он загерметизировал пористую часть оксидного покрытия и смог продлить защитное действие. В ходе экспериментов выяснилось, что такое покрытие умеет самовосстанавливаться: при повреждении на слое образовывалась новая пленка.
Пока технология находится на стадии испытаний. Специалисты планируют протестировать аналогичные покрытия из других биосовместимых соединений, которые могут обладать еще и антибактериальными свойствами.
Скелет морского ежа и «умный» скальпель
Ученые региона также активно внедряют инновационные методы борьбы с онкологическими заболеваниями. Так, в этом году они совместно с исследователями Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН и Красноярского государственного медицинского университета (КрасГМУ) им. В.Ф. Войно-Ясенецкого создали «умный» наноскальпель для борьбы с жидкими опухолями.
Новый инструмент состоит из двух компонентов – распознающих опухоль молекул и магнитных нанодисков, разрушающих опасную клетку в переменном магнитном поле. В качестве распознающих молекул специалисты использовали так называемые ДНК-аптамеры – аналоги белковых антител, специфичные к клеткам жидкой опухоли. Эти компоненты играют важную роль в развитии таргетированной терапии и обладают множеством полезных свойств. В частности, могут выдерживать широкий диапазон температур и имеют длительный срок хранения.
Исследования провели на клетках асцитной карциномы Эрлиха и на мышах, управляя инструментом дистанционно с помощью низкочастотного магнитного поля. Результаты показали, что количество раковых клеток в асцитной опухоли мышей существенно снизилось уже после первого воздействия. По словам заведующей лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, руководителя лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ Анны Кичкайло, технологию планируют усовершенствовать, чтобы использовать метод для удаления отдельных опухолевых клеток и предотвращения рецидива опухоли.
Еще одна удивительная разработка в этой области – новый материал для адресной доставки противоопухолевых препаратов, созданный на основе скелета морского ежа.
Проблема в том, что обычно химиотерапия губительно действует не только на опухолевые, но и здоровые клетки организма. Ситуацию может изменить система направленной доставки лекарств. При таком подходе к лекарству добавляют частицу-носитель, которая прочно его удерживает и доставляет к пораженному органу.
Ученые ДВФУ и Тихоокеанского государственного медицинского университета (ТГМУ) предложили использовать в качестве доставщика препарата композит из морского ежа Mesocentrotus nudus. По их словам, многоярусная ячеистая структура скелета иглокожего после синтетической обработки позволит не только хорошо впитывать лекарственный препарат, но и постепенно выделять его небольшими порциями. Композит из морского ежа ученые модифицировали силикатом натрия, что сделало его более устойчивым к быстрому растворению. Такой носитель лекарства биологически совместим с живым организмом и после высвобождения препарата растворяется в нем, не вызывая негативных последствий.
Полина Казакова, Анна Шиховец