Торжество разума: «Вечерняя Москва» пообщалась с авторами лучших отечественных патентов XXI века

Лекарство от рака, эффективное лечение туберкулеза, новая «запчасть» для сердца — эти и многие другие отечественные разработки Роспатент назвал лучшими изобретениями XXI века. Всего в шорт-лист отобрали 138 изобретений. Из них выбрали 10 лучших методом голосования в интернете. В топ-10 вошли и открытия столичных ученых.

Одна доза в день

Капля аэрозоля вместо многократного применения таблеток — такой новый рецепт лечения заболеваний создали ученые Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Реализовать новый способ поможет 3D-матриксная структура — крохотная частица с маленькими ячейками, в которых можно расположить необходимое лекарство. Попадая в организм, структура в течение дня порционно высвобождает в организм необходимую дозу препарата. Для основы выбрали глюкозу — она биосовместима с лекарствами и не вызывает у человека аллергических или иммунных реакций. Принцип действия «ВМ» объяснила соавтор изобретения — кандидат химических наук, доцент кафедры химической энзимологии МГУ имени М. В. Ломоносова Ирина Ле-Дейген.

— Для лечения многих тяжелых инфекций, в том числе туберкулеза, необходима длительная терапия несколькими препаратами, — рассказала Ирина Ле-Дейген. — Причем человеку необходимо принимать лекарства до пяти раз в день. Но люди зачастую не соблюдают строгое расписание приема лекарства. И эффективность терапии снижается. Более того, поскольку есть специфика тяжелых легочных инфекций, дозу препарата, которую получает пациент, очень трудно полностью направить в целевые ткани. Эту проблему мы и решаем.

Сейчас ученые работают над способами доставки 3D-матриксной структуры с лекарством в организм.

— Мы рассматриваем сейчас несколько вариантов. Наиболее перспективно ингаляционное введение. Но это необязательно большие ингаляторы. Достаточно будет распыления аэрозоля. Это будет гораздо удобнее, чем таблетки. К тому же лечение пройдет без вреда для желудочно-кишечного тракта. Одна ингаляция в день вместо пятиразового применения. А в идеале — одна ингаляция в пять дней. Мы уже знаем, что процесс медленного высвобождения может идти в течение нескольких суток. Это значит, что одна доза спрея поможет пройти целый курс приема лекарств, — объяснила Ирина Ле-Дейген.

В планах у ученых — добиться, чтобы новая структура сама находила зараженные бактериями клетки организма и действовала целенаправленно — именно на них.

— Мы показали применимость технологии на двух-трех лекарственных препаратах. Но специалистам очевидно, что эту технологию можно распространить и на другие препараты. А значит, можно лечить не только туберкулез. Такого изобретения раньше не было ни у кого, — отметила Ирина Ле-Дейген.

К тому же химические вещества, используемые для создания таких структур, дешевы, что очень важно для введения в промышленное производство. Они легко подвергаются стандартизации, обеззараживанию. А для создания 3D-матриксной структуры в промышленных масштабах можно будет использовать отечественные технологии.

«Запчасть» для сердца

В список лучших попало и изобретение сотрудников Национального медицинского исследовательского центра сердечно-сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева. Под руководством президента центра Лео Бокерии они создали протез митрального клапана сердца — он обеспечивает работу левой половины органа. В нормальном состоянии клапан позволяет крови течь в левый желудочек и не позволяет ей вернуться обратно в левое предсердие. В случае, если клапан травмируется, ток нарушится и сердце начнет «барахлить». Среди причин деформации митрального клапана — ревматизм, сепсис, ишемические болезни сердца, травмы и поражения сердечно-сосудистой системы.

— При поражении митрального клапана в подавляющем большинстве случаев врачи вынуждены его полностью менять. Потому что он бывает сильно искорежен, так что реконструировать сложно. Мы делаем реконструктивные операции, но намного реже, чем по замещению клапана, — рассказал президент Национального медицинского исследовательского центра сердечно-сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева Лео Бокерия.

Однако создать протез, который будет полностью заменять родной клапан, оказалось не так-то просто. Хирург объяснил, что физиология работы сердца выглядит так: кровь из левого желудочка и из предсердия имеет не прямой ток, а закрученный. И именно это соответствует оптимальным условиям работы сердца. Когда врачи устанавливают обычный механический клапан, эта функция становится невозможной. Поэтому в Центре имени Бакулева и стали исследовать возможные варианты клапанов, которые будут работать как родной. — И наш протез митрального клапана сердца очень близко подходит к этим требованиям. Он приспособлен к закрученному кровотоку и может заменить «живую» часть органа, — объясняет Лео Бокерия.

Этот клапан уже применяется, но пока на животных. Ученые уже фактически готовы к запуску массового производства. Им осталось окончательно убедиться, что этот протез полноценно заменяет живой клапан, а затем они смогут приступить и к поиску производителей.

Нанооружие против онкологии

Лечить рак ученые уже пробовали методом борнейтронзахватной терапии. Это способ, когда в опухоль вводят стабильный изотоп бора (это такой же химический элемент, просто он отличается строением атома по сравнению с обычным бором, а стабильный он, потому что не радиоактивен), который называется бор-10. После введения онкопрепарата на его основе аппаратом для облучения выжигают злокачественное образование. И при этом из-за того, что нейтроны, расположенные в аппарате, вступают в ядерную реакцию только с бором-10, который локализован в пораженных областях, здоровые клетки остаются целыми. То есть нет побочных эффектов для остального организма. Однако сделать это было крайне сложно: в клетку нужно было ввести слишком много бора, чтобы успешно провести терапию. Иначе это вещество просто не накапливалось в раковых клетках. Столичные и сибирские ученые доработали этот метод.

— Мы придумали, как из бора получить наночастицы, которые содержат большое количество изотопа бор-10. И смогли получать такие наночастицы без потерь ценного изотопного вещества. Они могут накапливаться в раковых клетках в нужном количестве. Мы первые, кто решил использовать именно наночастицы в качестве мишенного агента для борнейтронзахватной терапии. Наночастицы могут применяться для лечения опухолей разной степени злокачественности, включая трудноизлечимые опухоли мозга, — рассказал соавтор научного изобретения, директор научного центра компании «Мартинекс» Сергей Успенский.

Когда молекула лекарства встречает раковую клетку, она проходит сквозь нее и никак не взаимодействует. Потому что она слишком маленькая. А наночастица больше, чем молекула, поэтому организм воспринимает ее как питание. Раковая клетка поглощает наночастицу.

Проводят облучение на аппарате, который генерирует эпитепловые нейтроны (у них нет никакой кинетической энергии, то есть они движутся очень медленно, и именно поэтому бор10 успевает с ним взаимодействовать). Мишенью становятся только клетки, в которых накоплен бор-10. С ним нейтроны вступают в ядерную реакцию и сжигают опухоль. По словам ученых, пациент после часа облучения уже будет полностью здоровым. Лекарство будет недорогим и доступным. Пока ученые протестировали изобретение на клеточном уровне и готовятся продолжать исследования на животных. Сама установка для получения наночастиц бора-10 уже готова. Прибор позволяет добыть нужное количество наночастиц.

Компактный томограф

Небольшой аппарат для магнитного обследования — разработка компании ООО «С.П. Гелик». Томограф используется с 2006 года в России и за рубежом. Разработчики отмечают, что такой томограф не требует отдельной экранированной комнаты. У него есть своя клетка Фарадея (устройство для экранирования, на котором отображается снимок). Через нее пациент видит оператора, что предупреждает приступы клаустрофобии. Работает компактный томограф благодаря постоянному магниту весом 1,5 тонны. Он не требует обслуживания, работает от розетки 220 вольт, а энергию потребляет как обычный электрический чайник. На нем можно снимать отдельные конечности и суставы.

— Уникальность этого томографа в том, что он открыт. Он не в виде бочки, как большой аппарат. Врач лучше видит, как расположена часть тела в томографе. А пациенту намного удобнее поместить в аппарат одну ногу, чем залезать в бочку. Особенно если у человека травмы, — объяснил начальник отдела МРТ компанииразработчика Кирилл Рябиков.

Многоразовая переработка пластика

Ученые нефтехимической компании «СИБУР» разработали особую добавку для пластика. Она позволит перерабатывать бутылки в новые практически без потери качества.

— В процессе переработки полимеров происходит деградация некоторых молекул. Они укорачиваются. Падает молекулярная масса, и снижается вязкость, — объясняет ведущий научный сотрудник компании «СИБУР» Ирина Рыжикова. — Поэтому сейчас после переработки пластик бывает сложно использовать для изготовления такого же вида изделий. Наши добавки связывают концы молекул. Делают одну длинную из двух коротких.

Благодаря этой разработке количество пластиковых отходов уменьшится за счет вовлечения их в производственный цикл.

Радиационная безопасность

В АО «Высокотехнологический НИИ Неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара», которое входит в топливную компанию «Росатома», изобрели сталь, которую можно повторно использовать после того, как ее применят на атомных станциях. Ее назвали жаростойкой и малоактивируемой.

— Малоактивированные конструкционные материалы, то есть те, у которых быстрый спад радиоактивности, позволяют решить проблему мирового масштаба, а именно: что делать с радиоактивными материалами, остающимися после облучения в реакторах, — рассказала эксперт НИИ им. Бочвара Анастасия Никитина.

Специалист объяснила, что у частиц большой период распада: более 1000 лет. И металлы, которые используют на атомных станциях, приходится утилизировать. Методы весьма сложные и затратные. А новая малоактивируемая жаропрочная сталь перестанет быть радиоактивной уже через 80–100 лет после окончания ее использования. Это значит, что ее можно будет использовать снова. При правильном хранении металл будет абсолютно безопасным для людей. А благодаря жаропрочности сталь не деформируется. А в экономическом плане использовать такой металл гораздо дешевле, чем перерабатывать.

ТОЛЬКО ЦИФРЫ

По данным Роспатента, в 2020 году было подано 34 984 заявки на изобретения. Это на 1,5 процента меньше, чем в 2019 году, тогда их было 35 511. В 2020 году было подано 9195 заявок на полезные модели, это меньше на 9,3 процента, чем в 2019-м. На 11,8 процента увеличилось количество заявок на промышленные образцы — до 7740 заявок. В 2020 году количество заявок на товарные знаки выросло на 7,3 процента по сравнению с 2019 годом.

ТОП-4

Изобретения из списка лучших

— Аппарат для помощи при ходьбе, разработанный компанией «ЭкзоАтлет». Это роботизированный экзоскелет для реабилитации и протезирования. Он помогает людям с парализованной нижней частью тела. Благодаря экзоскелету они могут вновь гулять пешком, преодолевать лестничные пролеты, регулировать темп шага и ритм движения.

— Биоразлагаемый полимерный композит, созданный на основе вторичного полипропилена. Его создали в Башкирском государственном университете и на заводе пластиковых изделий «Альтернатива».

— Десятку лучших изобретений дополнили и липосомы с особыми компонентами для лечения рассеянного склероза. Изобретение запатентовали Минпромторг и ООО «Фармсинтез».

— Росатом и Институт эскпериментальной физики изобрели способ когерентного сложения лазерного излучения в многоканальных непрерывных лазерах.

ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Игорь Артюхов, биофизик, футуролог:

— Медицинские изобретения действительно шагнули далеко вперед. Сейчас существует много инструментов, которые упрощают открытия в сфере медицины. Те изобретения, которые вошли в десятку лучших, — важны для людей. И те, кто голосовал за них, осознают это. Скажем так, люди отдавали предпочтение медицинским изобретениям, потому что они «ближе к телу», да и многие уже на слуху. Сейчас в научной медицине есть и новые интересные направления, например инженерия тканей органов. Когда создают орган в организме животного или биореакторе, а затем наблюдают, как он приживается и функционирует. Более того, в мировой науке уже пробуют печатать органы на 3D-принтере. Еще одно интересное научное открытие — использование искусственного интеллекта для анализа медицинских изображений. В мировой науке развивается и разработка новых лекарств. У российских ученых есть все возможности двигаться в этом же направлении.

ЦИТАТА

Наталья Сергунина, заместитель мэра Москвы:

— Город комплексно развивает инновационный сектор экономики. Это не только создание инфраструктуры и финансовая поддержка, но и современные цифровые сервисы, бесплатные консультации, акселерационные и образовательные программы.