БИОМЕДИЦИНА: ЭКСПЕРИМЕНТ ПЛЮС МАТЕМАТИКА

10–12 апреля в Екатеринбурге прошла российская конференция с международным участием «Экспериментальная и компьютерная биомедицина» памяти члена-корреспондента РАН Владимира Семеновича Мархасина. Организаторами представительного научного форума, собравшего более 200 специалистов из Нидерландов, Франции, Великобритании, Испании, Японии, Бельгии, Германии, США и более чем из 15 городов России от Санкт-Петербурга до Владивостока, стали Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, Уральское отделение РАН и Федеральное агентство научных организаций России. А спонсорскую поддержку ученым оказали Российский фонд фундаментальных исследований, корпорация Intel Sofrware, British Council, компании Biotronik, «Открытые технологии», Нойкем, холдинг «Юнона».
Церемония открытия состоялась 10 апреля, в воскресный день, однако Демидовский зал Уральского федерального университета, поддержавшего конференцию в рамках программы повышения конкурентоспособности вузов, был полон. По словам председателя программного и организационного комитетов конференции академика В.А. Черешнева, это свидетельство огромного интереса к научной школе физиологии и биофизики миокарда, основанной В.Я. Изаковым и В.С. Мархасиным (подробно об этом см. «НУ», 2016, №6). В нынешнем апреле обоим исполнилось бы 75 лет, их памяти была посвящена сессия «Экспериментальные и компьютерные модели в сердечно-сосудистой физиологии и кардиологии». Председатель УрО РАН академик В.Н. Чарушин напомнил слова Владимира Семеновича Мархасина о том, что сердце дается человеку раз и навсегда. Нынешняя конференция объединила биологов, физиологов, физиков, химиков, математиков, работающих в русле одного из магистральных междисциплинарных направлений Life Science — моделирования физиологических систем человека, в том числе сердца. Выступивший от лица клиницистов профессор Э.М. Идов, научный руководитель центра «Сердце и сосуды» (Областная клиническая больница №1, Екатеринбург), отметил особую роль члена-корреспондента Мархасина как ученого, связавшего фундаментальные исследования с клинической практикой. Участников форума приветствовали руководитель Уральского территориального управления ФАНО России И.Л. Манжуров и профессор В.Н. Рычков, директор физико-технологического института УрФУ, где профессор В.С. Мархасин много лет читал лекции и руководил магистерской программой. Академик В.И. Бердышев, сотрудничавший с уральскими кардиофизиологами в проектах моделирования сердца, обратил внимание еще на одну грань личности Владимира Семеновича: имевший множество друзей в медицинском мире, он помогал всем, кто обращался к нему в случае проблем со здоровьем.
Насыщенная трехдневная программа конференции включала три пленарных заседания (сессия 11 апреля транслировалась онлайн), где выступили с лекциями ведущие отечественные и зарубежные ученые, 12 симпозиумов, участники которых обсуждали проблемы сердечно-сосудистой физиологии и кардиологии, биомеханики, электрофизиологии, иммунологии, медицинской химии, биоинформатики, биологических технологий, трансляционной медицины, а также постерную сессию. Вот краткий обзор пленарных лекций.
Выступление академика В.А. Черешнева было посвящено иммунологии ВИЧ-инфекции, развитие которой приводит к нарушениям регуляции иммунного гомеостаза и истощению регенеративного потенциала иммунной системы. Для анализа механизмов патогенеза ВИЧ-инфекции необходимо использовать интегративные подходы, в том числе математическое моделирование взаимодействия ВИЧ с организмом человека, начало которому в нашей стране положили академики Г.И. Марчук и Р.В. Петров и продолжают специалисты Института вычислительной математики РАН во главе с профессором Г.А. Бочаровым.
Директор Института хирургии имени А.В. Вишневского (Москва) академик А.Ш. Ревишвили (на фото) представил новые методы неинвазивной диагностики и лечения жизнеугрожающего состояния — фибрилляции предсердий. Амиран Шотаевич — практикующий аритмолог и кардиохирург, ежедневно внедряющий фундаментальные результаты в клиническую практику. Благодаря неинвазивным методам, включающим компьютерное моделирование сердца и его функций, сегодня удается более точно установить источник возникновения аритмии и его купировать.
Темой пленарной лекции профессора Питера Коля (Исследовательский центр сердечно-сосудистой медицины Университета Фрайбурга, Германия) стала системная биология сердца. Он убежден, что системная биология, первоначально возникшая как абстрактная идея, сегодня превращается в приоритет исследовательской деятельности: институты, департаменты, центры с таким названием сегодня бурно растут по всему миру. Докладчик, используя примеры системного подхода к моделированию сердца, дал ответы на вопросы, что такое системная биология, чем она отличается от классических биомедицинских изысканий, а также — когда мы сможем получить интегративную модель конкретного пациента и насколько надежной она будет.
О нарушениях энергетического обмена и митохондриальной биогенетики как существенных факторах дисфункции сердечной мышцы и нарастания сердечной недостаточности шла речь в докладе профессора Владимира Векслера (Университет Париж-Сакле, Франция). Энергетическое голодание миокарда при хронической сердечной недостаточности можно корректировать с помощью метаболической терапии, в частности препаратов на основе благотворных для сердца веществ, содержащихся в красном вине.
Директор химико-техно-логического института УрФУ член-корреспондент РАН Владимир Русинов представил последние разработки в области медицинской химии, в частности новый класс антивирусных субстанций, к которому относится известный препарат «триазавирин», поступивший в аптеки в конце 2014 года.
Актуальным проблемам теории регенерации была посвящена лекция профессора Бориса Юшкова (Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, УрФУ). В процессе восстановления элементов поврежденных органов (соединительных тканей, микроциркуляторного русла, нервных волокон) участвуют различные типы клеток и множество медиаторов, и сопровождается этот процесс активацией апоптоза в клетках.
Профессор Андреас Мейерханс (Университет Помпеу Фабра, Испания) рассмотрел сценарии и механизмы развития вирусной инфекции — острой и хронической, а также иммунные стратегии, сдвигающие динамическое равновесие между распространением вируса и иммунным контролем.
Лекция члена-коррес-пондента РАН Ирины Рощевской (лаборатория сравнительной кардиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар) была посвящена закономерностям деполяризации предсердий. Базой для компьютерного моделирования послужили сравнительные экспериментальные исследования деполяризации предсердий и желудочков, восстановления возбудимости желудочков, архитектоники рабочего миокарда и проводящей системы желудочков у животных с разными типами активации.
Яркой подачей отличалась лекция профессора Сергея Федотова (Университет Манчестера, Великобритания). Речь шла о математическом описании так называемого аномального транспорта в биологии (например, движения белков на клеточных мембранах, сигнальных молекул в дендритах и др.). Трудность заключается в том, что это широко распространенное природное явление не поддается описанию стандартными математическими инструментами, но требует использования нелинейных и немарковских случайных моделей.
Профессор Альфонс Хукстра (Университет Амстердама, Нидерланды; Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики) рассказал о разработке многошкальной модели кровеносной системы — виртуальной артерии, а также о ее применении в моделировании различных процессов, например, тромбоза аневризмы.
Лекция профессора Александра Панфилова (Гентский университет, Бельгия) была посвящена механизмам фибрилляции желудочка сердца, в изучении которых используются анатомически точные модели, а также внедрению результатов этих исследований в клиническую практику. А. Панфилов — участник проекта РНФ по созданию персонифицированных математических моделей в кардиологии (см. «НУ», 2016, №6).
Руководитель этого проекта доктор физико-математических наук О.Э. Соловьева (Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, УрФУ) представила результаты группы В.С. Мархасина в области изучения эффектов неоднородности миокарда.
Профессор Юрий Владимирофф (Университет Эразма Роттердамского, Нидерланды) рассказал о новых 4D методиках ультразвукового исследования сердца плода, позволяющих достичь оптимальной визуализации. Это важнейший инструмент выявления сложных сердечных аномалий плода на ранних этапах беременности, в частности врожденных пороков сердца.
Доктор Джереми Райс (Исследовательский центр им. Томаса Уотсона, IBM, США) дал обзор исследований в области наук о жизни и различных биомедицинских проектов, которые реализуются в компании IBM. Говоря о моделях сердечной мышцы, он отметил, что главная цель здесь — повышение их прогностической ценности, а главная проблема — как наиболее точным образом интегрировать в математической модели генетические, анатомические, физиологические данные пациента.
В конференции приняли участие более 50 студентов и аспирантов, для которых организаторы провели конкурс докладов в форме постерных и устных сессий. Лучшие были отмечены грамотами и денежными премиями. Победителями стендовой сессии стали Юлия Гришина (Пущино), Виктор Балашов (Москва), Святослав Хамзин (Екатеринбург), устной — Яков Божко (Екатеринбург), Татьяна Галочкина (Москва), Богдан Япаров (Екатеринбург).
Участники нынешней конференции надеются, что в будущем она станет регулярной. Как отметила одна из инициаторов форума, зам. председателя оргкомитета О.Э. Соловьева, синтез экспериментальных и компьютерных биомедицинских исследований обладает мощным эвристическим потенциалом.

Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото С. НОВИКОВА

PS. Когда этот номер готовился к печати, стало известно, что ученый совет ИИФ УрО РАН принял решение о присвоении лаборатории математической физиологии имени члена-корреспондента В.С. Мархасина.