Максим Острась, QLU: наши сверхчувствительные датчики помогут в ранней диагностике рака

Недавно QLU показала работу первого в мире твердотельного сверхчувствительного магнитометра, работающего при комнатной температуре, а сейчас занимается прототипом сверхчувствительного магнитоэнцефалографа на массиве квантовых сенсоров. Устройство сможет в десятки раз снизить стоимость магнитоэнцефалографии. Сооснователь компании, магистр прикладной физики и математики Максим Острась рассказал в проекте ТАСС "Беседы с Иваном Сурвилло" о том, что ждет QLU в будущем.

— Давай начнем с чтения мыслей. Насколько я понимаю, начиная от сверхвысокого поля, от 7 Тесла, с какого-то момента картинка в МРТ накапливается так быстро, что передает в реальном времени то, что там происходит. Это прямой путь к чтению мыслей и к пониманию того, как работает мозг.

— Это очень хороший вопрос. Смотря какая МРТ. 

МРТ в привычном понимании — метод, который позволяет визуализировать анатомию. Чем больше индукция поля, тем более качественно мы ее воспроизводим. Но, когда мы о чем-то думаем, анатомия задействована в меньшей степени: у нас происходят электромагнитные процессы, нейроны между собой общаются, химия мозга работает.

Для того, о чем ты говоришь, одной анатомической МРТ недостаточно. Но есть разновидность — функциональная МРТ. Она работает следующим образом: когда мы о чем-то думаем, то к определенным зонам коры головного мозга начинает течь больше крови. Так мы можем понимать, какая зона мозга поглощает больше кислорода. Однако этот процесс довольно-таки медленный, временное разрешение составляет секунды, в то время как характерная скорость протекания процессов в головном мозге — десятки и сотни миллисекунд. Боюсь, что про какое-то чтение мысли здесь говорить не приходится.

В общем, какие-то определенные паттерны с мозга считывать можно, но чтение мысли — пока предмет научной фантастики.

О ранней диагностике Альцгеймера и более точной диагностике эпилепсии и рака

— Тогда поговорим про более реальное, чем вы занимаетесь.

— Мы разрабатываем сверхчувствительные датчики магнитного поля на основе пленок из железо-иттриевого граната, ЖИГ (по-научному — занимаемся датчиками на основе когерентных спиновых состояний в магнито-упорядоченной среде).  

У этих датчиков потенциально большое количество применений в индустрии, но мне больше всего интересно их использование в медицине. 

Раз мы начали говорить про МРТ, то ядерный магнитный резонанс был открыт в 30-х годах XX века, а первая МРТ — в 70-х годах. То есть был проделан достаточно большой путь от концепции до практического применения, за который дали несколько Нобелевских премий. 

Область моих интересов — брать какую-то крутую физику и собирать вокруг себя людей из разных областей (в основном это биология и медицина), чтобы вместе с ними генерировать идеи о том, как уменьшить путь от концепции к практическому применению. 

Кстати, компоновка междисциплинарной команды дает очень крутой результат. Наши биологи за полтора года стали больше понимать физику, а физики и технологи погружаются в какие-то аспекты биологии.

Здесь хочется добавить, что наряду с QLU на развитии подобного междисциплинарного направления сосредоточится масштабный научный центр, который сейчас готовится к запуску совместными усилиями ведущих российских и зарубежных ученых. Пока не могу раскрыть детали, но могу сказать, что это проект международного уровня, который объединит физиков, нейробиологов, биохимиков, биоинженеров и многих других специалистов из разных стран. Наша команда принимает активное участие в разработке этого проекта. Конечно, объединение стольких экспертов под одной крышей поможет нам не только лучше разобраться в работе мозга, но и понять, как лечить заболевания, которые мы пока лечить не умеем.

— А зачем нужны сверхчувствительные датчики?

— Наш мозг генерирует магнитные поля в 10 млрд раз меньше магнитного поля Земли. Поэтому нужны достаточно чувствительные системы, чтобы их считывать, плюс специальные системы экранов, чтобы избавиться от магнитного шума. 

Большинство современных методов диагностики нацелено на то, чтобы регистрировать не магнитные, а электрические компоненты. Например, ЭЭГ. Но тело человека не очень хороший проводник электрических полей: когда электрод неинвазивный, то есть мы ставим его на кожу и считываем появляющийся на ней потенциал, то сигнал приходит крайне ослабленным, полезной информации в нем мало. 

В то же время магнитные поля проходят через ткани человека без изменений. То есть поле можно фиксировать таким, каким оно рождается в органе, и получать большой объем информации. Для этого нужны достаточно чувствительные датчики. 

Сверхчувствительные датчики магнитного поля можно использовать для диагностики эпилепсии, например. Эпилепсия – спонтанное возбуждение определенных очагов на коре. 

Запуск эпилепсии начинается с какого-то маленького участка, а дальше патологическая электромагнитная активность распространяется по всему мозгу. Участок крохотный — пара миллиметров. Его крайне сложно найти с помощью классического ЭЭГ, и функциональная МРТ его тоже не увидит ввиду недостаточного временного разрешения. Это особенно критично для пациентов, которые не поддаются медикаментозному лечению, так как их единственный способ лечения — операция. А для того, чтобы понять, где оперировать, нужно найти очаг. 

Чуть-чуть забегая вперед, скажу, что сейчас магнитоэнцефалография проживает ренессанс, потому что в мире появились доступные коммерческие датчики и сразу несколько стартапов на их основе. Один из них в 2021 году стал лучшим стартапом Великобритании. Компания просто взяла коммерчески доступные квантовые сенсоры и сделала из них систему магнитоэнцефалографии. 

— Наверняка не только эпилепсию так можно определить?

— Да, магнитоэнцефалография может помочь с заболеваниями, которые потенциально диагностируются на ранних стадиях: Паркинсон или Альцгеймер, например. При развитии заболевания меняется проводимость мозга, и до проявления каких-то функциональных изменений его уже можно регистрировать, а если принять необходимые меры, то даже уменьшить симптомы.

Второе направление, с которым мы работаем, тоже связано с медициной. Это тераностика, состоящая из терапии и диагностики. Здесь мы тесно работаем с группой Глеба Сухорукова, которая разрабатывает микрокапсулы. По сути это микроконтейнеры, в которые можно поместить лекарство и запустить их в кровоток. 

Таким образом, за счет специальной оболочки лекарство попадает в нужную зону организма и там закрепляется. И если микроконтейнеры наполнить магнитными наночастицами, они будут вести себя как маленькие магниты, которые с помощью высокочувствительных датчиков можно будет отслеживать в теле человека. Это поможет локализовывать опухоли, к которым они присоединились и на которые возможно точечно воздействовать, чтобы ввести лекарство. Это крайне важное направление. 

Большинство смертей от онкологических заболеваний происходит из-за сопутствующих болезней, которые появляются после химиотерапии, — она как яд для всего организма. Если можно было бы точечно воздействовать на первичную опухоль или на метастазы, то смертельных исходов было бы меньше. 

У нас недавно закончились эксперименты, где мы наночастицы, пока без микроконтейнеров, кололи в мышей и смотрели на их распределение по телу. В этом году хотим связать их с раковыми опухолями и уже конкретно посмотреть, как наш метод видит раковую опухоль в теле живого организма. 

— Почему вы решили проект заточить под медицину?

— Я в проекте не с самого начала, но, когда пришел, он уже был заточен на медицину, но чуть другую. Коллеги работали в области магнитокардиографии. Для научных задач это было интересно, но с точки зрения прикладных коммерческих выходов — не очень. Кардиология достаточно консервативная область, в которой уже есть хорошие методы, такая точность там не нужна.

У нас произошла смена вектора, получилось поднять чувствительность датчиков, и мы вышли в зону мозга. Потом присоединилась тераностика. С мозгом все очень интересно, потому что ничего не понятно. Михаил Лебедев в твоем интервью говорил, что мозг изучен меньше чем на 1%. В целом это так и есть, наверное. 

Чем больше появляется различных методов, которые позволяют нам эти проценты повысить, тем выше интерес клиницистов и ученых, которые пытаются разобраться, как работает наш мозг. То есть чем чувствительнее метод, тем больше можно информации получать, тем чувствительнее можно делать, например, нейроинтерфейс.

— Замечу, что исследовать мозг можно по-разному: можно пытаться смоделировать, а можно — изучать. 

— Да, но с моделированием все сложно. Несколько лет назад в Европе был запущен проект, где на моделирование одного нейрона отводился один процессор. Нейронов в нашем мозге около 100 млрд. Смоделировать кусочек мозга мыши в проекте смогли, но если мы хотим понять, как работает структура мозга полностью, то одного кусочка будет недостаточно, нужно моделировать весь. Пока квантовые компьютеры только изобретаются, можно идти со стороны наблюдения за мозгом. Здесь чем чувствительнее метод, тем лучше.

О смерти отца из-за рака

— Кстати, у вас же квантовость тоже есть в проекте?

— Да. Высокая чувствительность нашего сенсора достигается за счет того, что все спины атомов чувствительного элемента датчика ведут себя как одно целое. 

Это явление называется когерентным состоянием спинов и по сути является квантовым. Оно позволяет исключить шумы, которые связаны с перемагничиванием сердечников твердотельных магнитометров. Благодаря этому удается регистрировать значения магнитных полей в тысячу раз более слабые, чем при использовании аналогичных решений.

— Кто ваши датчики будет использовать в будущем?

— У нас фокус на B2B и B2G. 

Пока мы находимся в стадии перехода от научной группы к стартапу. Мы показали, что наши датчики и метод работают. Сейчас нацелены на то, чтобы создавать многоканальные системы, чтобы уже на каких-то конкретных клинических испытаниях показать результат. Дальше будем кооперироваться с крупными производителями медтехники для клинических испытаний и делать экзит. 

Медицина — основная, но не единственная область применения проекта в будущем. Одна из наших компетенций — материаловедение. Мы научились очень хорошо работать с материалом-сердечником нашего магнитометра — железо-иттриевым гранатом. Его главная особенность заключается в том, что закачанная в него энергия слабо рассеивается. На базе самого кристалла можно делать многое для оптики, для лазерной физики и телекома. 

Если же мы говорим про области применения самого сенсора на базе ЖИГ-кристаллов, их тоже достаточно: помимо биомеда это геологоразведка полезных ископаемых, подземная и подводная связь, системы неразрушающего контроля, магнитные рамки, способные различать предметы скрытого ношения, и много чего еще.

— Ты уже второй раз про это говоришь.

— У меня полтора года назад отец ушел [из жизни] от рака. Уходил достаточно тяжело. Последний момент, который я помню, когда он уже был в агонии в хосписе. На меня это сильно повлияло. До этого я тоже хотел помогать людям, а после это стало идеей фикс. 

К сожалению, мой отец не дожил до каких-то реальных клинических испытаний. Тераностика зачастую подразумевает инвазивные процедуры, а значит, в любом случае требовалось бы разрешение от медицинских органов — для этого проект находится на слишком ранней стадии. Но в перспективе эти разработки могут помочь другим людям. Если с помощью того, что я делаю, смогу спасти хотя бы одну жизнь, значит, свою прожил не зря. 

То, что я рассказывал про мышек, — первый шаг, который показывает, что метод работает. В перспективе он позволит определять наличие онкологического заболевания на масштабе десятков тысяч клеток, то есть очень рано. 

На сегодняшний день ранняя диагностика — один из самых эффективных способов повышения выживаемости. Механизм возникновения рака все еще до конца не ясен — этот вопрос адресуется генетикам и медицинским биологам. Однако мы понимаем, что после определенного возраста некоторые органы необходимо регулярно мониторить. Если есть какие-либо подозрения, наши методы можно будет использовать для точной диагностики и своевременного лечения.

— Я думаю, что я мог бы начать винить себя, что не сделал все, что мог, чтобы спасти папу.

— У меня, естественно, появлялись мысли: все ли я сделал? Вдруг можно было сделать больше? Нужно было двигаться быстрее. Эти мысли ели меня, но прошло время, я анализировал ситуацию и понял, что объективно уже ничего нельзя было сделать. 

Отец сгорел очень быстро. От постановки диагноза до ухода прошло всего три месяца. Сроки клинических испытаний в медицине — годы, и это правильно. Можно вколоть что-то не то, и вместо спасения жизни последствия будут плачевными. Нужно быть аккуратным.

Как раз таки осознанность и рациональность сильно помогли. Руслан Юнусов в твоем интервью упоминал [философа] Мераба Мамардашвили. У нас на работе с регулярной периодичностью проходит кружок, где мы обсуждаем его книги и работы других авторов. Это помогало не поддаваться эмоциям, а больше анализировать и рефлексировать в полезном русле.

— Ты сам боишься заболеть раком?

— Боюсь. Есть даже какая-то степень онкофобии. Сейчас все, что мы делаем, толкает меня к изучению этой болезни, как она себя ведет, как проявляется. Будь я более верующим человеком, наверное, подумал бы, что это провидение. 

Когда в тему рака погружаешься, то страха становится меньше, потому что появляется какой-то набор знаний. Знать всегда легче, чем находиться в неизвестности. По крайне мере уже внутри себя я понимаю, какие должны быть шаги в случае, если, не дай бог, что-то появится. 

— Это не перерастает в фобию?

— В патологическую фобию не перерастает. Я себя в этом контексте контролирую. Когда понимаю, что сложно концентрироваться на каких-то задачах, а все мысли так или иначе связаны с беспокойством об этом, я пытаюсь переключаться на хобби или спорт. Могу еще лишний раз к врачу сходить.

О змеях и этнических музыкальных инструментах, которые помогают отвлечься

— Какое хобби?

— Основное — музыка.

Я в 13 лет увидел какой-то рок-концерт и начал умолять родителей купить гитару. Они поначалу не хотели, но я был настойчив, и первую гитару мне все же подарили. Акустическую, а нужна была электрогитара. Через какое-то время с накопленных денег купил электрогитару. В школе организовал рок-группу, выступали на праздниках. 

С поступлением на физтех гитару не забросил, но захотелось попробовать поиграть на чем-то еще. В соседней комнате был синтезатор — начал учиться на нем. Ко второму курсу на любительском уровне нормально играл на гитаре и на синтезаторе. 

— Что на физтехе делал синтезатор?

— На физтехе вообще очень развита музыкальная культура. Там обязательно нужно заниматься либо спортом, либо музыкой, иначе из-за сильной нагрузки мозги начинают плыть. 

Меня позвали в местную группу басистом, а я бас-гитару никогда в руках не держал. Благо быстро научился играть на ней, в итоге мы достаточно успешно выступали. К четвертому курсу на одной площадке выступали с "Элизиумом". Была возможность уйти в шоу-бизнес, но мы подумали и решили, что это не то, чем нам хотелось бы заниматься профессионально. Группа распалась. 

В тот момент было грустно. Подумал, что не хочется играть на каких-то классических инструментах: гитаре или фортепиано. Хотелось чего-то необычного. 

Как-то на ВДНХ увидел выступление этнических индейцев и нашел в Москве, где купить их инструменты. Так появилась пан-флейта. Сейчас коллекция этнических духовых дошла до восьми инструментов, а суммарно я так или иначе играю на 11.

— Сыграешь?

— Да, только сейчас их нужно немного раздуть. 

Это перуанская флейта кена, на которой играют индейцы Южной Америки. У нее интересный тембр. По сути максимально простой инструмент — кусок дерева со сквозной дыркой и несколькими отверстиями. Традиционно на нем играют классическую перуанскую музыку, но в целом можно сыграть что угодно.

Второй инструмент, который очень нравится, — флейта разновидности пимак. На ней играют индейцы Северной Америки. Мою сделал один алтайский шаман под заказ. У меня любимое животное — змея, и он сделал ее согласно моим предпочтениям: она заканчивается головой змеи. Флейта больше медитативная, для расслабления. 

— Почему змеи?

— Они спокойные, тихие, от них нет шерсти. Я в них вижу некоторую грациозность, хотя животное достаточно примитивное. В отличие от кошек и собак у них нет чувства привязанности, и они не воспринимают человека как человека. Мы для змей просто большое теплое дерево. 

— Ты можешь позвать на ужин любых троих людей, живых или мертвых. С кем бы ты поужинал?

— Несмотря на то что я не особо верующий человек, я бы, наверное, позвал Иисуса Христа. До сих пор непонятно, как одна личность может задать вектор развития истории на тысячи лет вперед. Было бы очень интересно в рамках беседы попытаться познать ее масштаб.

Вторым человеком я бы позвал Льва Ландау. Думаю, у них был бы интересный разговор с Христом про создание мира. У него бы спросил, каким образом можно из головы брать какие-то теоретические концепты, которые контрочевидны по логике, но потом доказываются экспериментально. 

Третьим бы позвал Илона Маска. Хотелось бы узнать, чего в нем больше: пиара или каких-то сутевых вещей. 

Компания получилась бы нормальная. Может быть, даже особо вопросов не задавал бы.

— Как бы ты хотел умереть?

— У меня ответ в двух плоскостях. Первый больше эмоционально-физический: хотелось бы умереть внезапно, не задумываясь о смерти. Другой ответ больше философский: когда уходишь, хочется испытывать благодарность к миру и гордость за то, что сделал.

Но эти концепты друг другу противоречат, потому что, когда ты живешь и вдруг внезапно умер, у тебя нет времени на осознание смысла жизни. Мне очень нравится подход Виктора Франкла (австрийский психиатр, известен как создатель логотерапии — прим. ТАСС), который сказал, что в жизни есть смысл и он заключается в смерти. То, что мы осознаем нашу смертность, дает силы как раз таки двигаться дальше. Смерть — это неотъемлемая часть контракта под названием "жизнь". 

В общем, сейчас я, наверное, нахожусь на промежуточной стадии от первого варианта ко второму. Все-таки хотелось бы быть более осознанным, тогда будет меньше страха в ожидании страданий, которые связаны со смертью. Тот же Франкл говорил, что и в страданиях есть смысл. Но пока больше, наверное, первый вариант. Чтобы внезапно.

— Что вас как компанию ждет через семь лет?

— Думаю, нас ждет успех. 

Когда вышла новость, что мы первыми в мире на таком твердотельном типе датчиков измерили активность мозга, нам писали очень много писем — как из России, так и из-за рубежа. То есть то, что мы делаем, интересно миру, и нам самим нравится.