Место математики в медицине на примере МГУ им. М.В.Ломоносова

У факультета фундаментальной медицины МГУ есть все необходимые условия для подготовки высококлассных специалистов, особенностью подготовки студентов-медиков является их фундаментальное научное образование. На первых годах обучения они проходят серьезные университетские курсы по математике, физике, химии, биологии, которые читают лучшие профессора механико-математического, физического, химического, биологического факультетов. Это позволяет выпускникам в дальнейшей работе легко осваивать современные идеи и методы, новейшие медицинские технологии, а значит – быть востребованными во всех медицинских учреждениях страны. Учеными факультета достигнут целый ряд важных результатов, например:

• ведется разработка технологий клеточной терапии и тканевой инженерии: для этого создаются методы выделения и очистки стволовых клеток, на основе которых конструируются тканевые эквиваленты, способные восстанавливать структуру и функцию поврежденных органов и тканей. В экспериментах на животных проводится трансплантация стволовых клеток и ткане-инженерных конструкций, полученных с использованием биосовместимых (или биодеградированных) матриксов, – эти конструкции восстанавливают кожный покров после ожогов, замещает костные и хрящевые дефекты;
• созданы терапевтические гены, которые вызывают рост кровеносных сосудов, что позволяет без хирургического вмешательства улучшать кровоснабжение тканей и останавливать дегенеративные процессы в органах. Эти генно-терапевтические методы могут быть использованы для лечения инфаркта миокарда, инсульта, ишемии конечностей, трофических нарушений, последствий травм и ранений, заболеваний суставов и др. (испытания прошли успешно, результаты находятся на стадии внедрения в клиническую практику);
• на основе анализа генотипического и фенотипического полиморфизма человека предложены новые методы выявления предрасположенности людей к различным заболеваниям. Для этой цели создаются большие коллекции ДНК и соответствующие базы данных, разрабатываются алгоритмы многофакторного анализа преморбидных признаков – с целью поиска генов-предикторов или их сочетаний, имеющих предсказательную ценность для прогноза развития и течения заболеваний или их осложнений (вся эта деятельность построена на совместной работе медиков, математиков, информатиков, представителей целого ряда других дисциплин и научных ответвлений);
• специально для медицинского центра ученые факультета фундаментальной медицины совместно с учеными физического факультета, института ядерной физики и института механики МГУ разрабатывают прибор для лучевой терапии онкологических заболеваний – так называемый кибернож нового поколения. В его основу положен уникальный линейный ускоритель с соединяющейся энергией электронов, которому нет аналогов в мире (все действующие установки этого типа имеют постоянную энергию электронов, а этот прибор позволяет облучать опухоли и метастазы тонким пучком электронов высоких энергий в одном сеансе в более чем тысяче направлений одновременно).

Важнейшей областью приложения математики в целом – и усилий ученых факультета фундаментальной медицины в частности – является создание новых лекарственных средств. В современных условиях эта задача под силу только развитым государствам – странам с высоким уровнем развития фундаментальной науки и мощной высокотехнологичной информационной инфраструктурой. По мнению В. Садовничего, сегодня одним из главных для России является вопрос о производстве современных отечественных лекарств. Не закупка устаревшей продукции биофармацевтических фабрик, где самым выдающимся прибором является ферментер, – а создание новейших высокотехнологичных лекарств российского производства. Сегодня МГУ располагает для этого базой, открывающей значительные возможности, в том числе и в создании лекарств: прежде всего для этого нужен суперусилитель – в России таких 7, из них 3 работают в МГУ. Вообще, ранее считалось, что Россия не игрок на поле высоких компьютерных технологий и отстала навсегда, – однако за два последних года на этом поприще произошел прорыв. Во-первых, РФ вышла на 7-е место в мире, а сам суперкомпьютер-суперусилитель МГУ «Ломоносов», имеющий производительность около 500 трлн операций в секунду, занял 12-е место (уступив лишь 9 суперкомпьютерам оборонных центров США и по одному из Германии и Китая): в ситуации, когда такое считалось невозможным, это большой успех.

«Ломоносов» успешно применяется на начальных стадиях создания лекарств, состоящих в поиске новых химических соединений – игибиторов, блокирующих патологические участки активных центров белков. Так, совместно с гематологическим центром РАМН проводится работа по созданию нового средства от тромбоза и поиску нового поколения кровезаменителей. Всего за полтора года (вместо 7–10 лет при использовании традиционных подходов) были открыты новые ингибиторы тромбина, по своей активности существенно превосходящие зарубежные аналоги; завершены доклинические испытания и идет подготовка к клиническим испытаниям созданного нового антитромботического средства. Ввод в строй 2 года назад другого суперкомпьютера меньшей мощности – «Чебышев» (пиковая производительность 60 терафлопс) – позволяет сократить продолжительность поиска ингибиторов до нескольких месяцев. С его помощью были осуществлены разработки ингибиторов интегразы ВИЧ (в качестве основы для нового лекарства от СПИДа), а также соединений, способных останавливать деление раковых клеток путем подавления ряда основных патофизиологических механизмов этого процесса. Между тем «Ломоносов»», введенный в эксплуатацию в 2009 г., сокращает поиск ингибиторов до нескольких дней: за счет этого существенно расширился спектр разработки новых лекарств. В настоящее время на суперкомпьютере «Ломоносов» проводятся расчеты по новым проектам, среди которых – разработка ингибиторов урокиназы (блокирование которой замедляет рост опухоли и метастазов). Главный инструмент в начальных стадиях разработки – это оригинальная программа допинга: поиска соответствующих молекул в активном центре белка-мишени, учитывающего энергию связи «ингибитор – белок» (чем больше энергия этой связи – тем эффективнее ингибитор и тем лучше разработанный на его основе препарат). Сейчас идет поиск этих новых молекулярных групп, эффективно связывающихся с активным центром урокиназы; начат уникальный исследовательский эксперимент по допингу более 3 млн молекул. Найденные в результате этого допинга молекулы – кандидаты в игибиторы будут далее экспериментально исследоваться уже на факультете фундаментальной медицины. Тем самым, фактически, запускается процесс стабильной разработки новейших лекарств. На этом сверхчувствительном первом этапе – когда отбор проводится из миллионов и десятков миллионов молекул, что в целях оценки их связываемости с активным центром белка требует проведения миллиардов и десятков миллиардов операций (что возможно только для суперусилителя), – закладывается фундамент всех дальнейших стадий создания лекарств: фармацевтической разработки, клинических испытаний, регистрационных исследований, вплоть до вывода на рынок: для этого уже фармацевтические компании должны подхватывать эти фундаментальные разработки.

Сегодня необходимо сохранение лучших традиций отечественного образования и науки, за такую систему образования, при которой в полной мере будет использован весь имеющийся научный и педагогический потенциал, которая позволит сделать молодежь по-настоящему фундаментально образованной и способной к созиданию. В фундаментальности образования – залог успешного развития науки, медицины, экономики, страны в целом. В то же время была дана негативная оценка попыткам исключить фундаментальные знания из университетского образования или принизить их роль в процессе обучения. Но без них невозможно понимание природы явлений, а следовательно – невозможна подготовка специалистов, которые будут не бездумными исполнителями, а творческими работниками, людьми, способными осуществлять эволюционное развитие в соответствующих сферах деятельности. Не менее важно и то, что человек, получивший глубокое фундаментальное образование, в состоянии комплексно и системно оценить все последствия тех или иных управленческих решений, и обеспечить условия для устойчивого развития общества. Кроме того, фундаментальное образование является основой для последующего обучения и переподготовки человека на протяжении всей жизни. Докладчик безоговорочно осудил подход, когда науку рассматривают сквозь призму краткосрочной экономической целесообразности, быстрой финансовой отдачи. Перенос рыночных механизмов в сферу образования и науки чреват невосполнимыми стратегическими потерями, которые в перспективе могут оказаться более ощутимыми, чем сегодняшняя выгода. Ведь результаты фундаментальных исследований, после внедрения и с началом практического применения, как правило, многократно превышают результаты прикладных работ – как по итоговой экономической эффективности, так и социальной значимости.

Недавно в составе междисциплинарного научно-образовательного комплекса МГУ им. М.В. Ломоносова впервые в России был создан Институт человека, который объединяет усилия специалистов, занимающихся изучением человека различными методами естественно-научных фундаментальных исследований, интегрирует самые разные области науки – биологию, физику, химию, математику, антропологию, различные другие гуманитарные дисциплины. Научная деятельность Института человека – одно из приоритетных направлений программы деятельности развития университета, разработанной до 2020 г. в соответствии с принятым в конце года «Законом РФ о Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова» и указом Президента РФ. Создание такого института в составе МГУ было велением времени. Оратор напомнил, что согласно теории Н.Д. Кондратьева развитие подчиняется закону длинных волн (или циклов), когда один экономический уклад сменяется другим. Нынешний, 5-й уклад (связанный с достижениями электроники, вычислительной техники, применением лазера, телекоммуникационных технологий и др.) в наши годы меняется на 6-й, – который, по мнению большинства специалистов, будет определяться конвергенцией нано-, био-, информационных и когнитивных технологий. А это – те отрасли знаний, где главным действующим лицом должен быть человек. Поэтому все выдающиеся научные достижения должны быть во имя человека, – подытожил академик В. Садовничий.

Заключение

Медицина не поддаётся такой формализации, как, например, физика. Однако несомненна большая эпизодическая роль математики в медицинской науке. Все медицинские открытия должны опираться на численные соотношения. А методы теории вероятности (учёт статистики заболеваемости в зависимости от различных факторов) - и вовсе вещь в медицине необходимая. В медицине без математики шагу не ступить. Численные соотношения, например, учёт дозы и периодичности приёма лекарств. Численный учёт сопутствующих факторов, таких как: возраст, физические параметры тела, иммунитет и пр.

Медицинские работники не должны закрывать глаза хотя бы на математику, которая просто необходима для организации быстрой, четкой и качественной работы. Каждый студент должен с первого курса обучения отметить для себя значение высшей математики и ее роли в медицине.

Список литературы

1. Гилярова М.Г. Математика для медицинских колледжей. – Ростав-на-Дону: Феникс. 2013.
2. Какзанова Е.М. Лингвокогнитивные и культурологические особенности научного дискурса (на материале математических и медицинских терминов-эпонимов). Канд.дисс. – М., 2011.
3. Медик В.А., Токмачев М.С. Математическая статистика в медицине. – М.: Финансы и статистика, 2009.
4. Сорокина Т. С. История медицины. – 9-е изд.. – М., 2009.
5. Сороходов Л. Я. Краткий очерк истории русской медицины / Л. Я. Скороходов; науч. ред. и коммент. М. В. Супотницкого. – М.: Вузовская книга, 2010.