Нобелевская премия и медико-технические науки

1. Сапрыкина, Е.И. Первые молодые специалисты из МХТИ им. Д.И. Менделеева на Базе-10 (ПО «Маяк») 1947-1948гг./Е.И. Сапрыкина, Л.П. Сохина.- Озерск.: Редакционно-издательский центр ВРБ.2003.- 44с.

2. Сохина, Л.П. Плутоний в девичьих руках/ Л.П. Сохина, Я.И. Колотинский, Г.В. Халтурин.- Екатеринбург: ЛИТУР, 2003.- 160 с.

3. Сохина, Л.П. Страницы истории радиохимического завода ПО «Маяк»/ Л.П. Сохина.- Озерск: Типография ПО «Маяк», 2001.- 155 с.

УДК 61:681.3 М.С. Фролова

Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ И МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

It is shown, that thanks to the achievements of Nobel prize winners in the area of natural science, i.e. chemistry, physics, physiology and medical and technical sciences were formed and developed. Having analyzed the works of sixteen scientists, Nobel Prize winners the integration of medical and technical sciences is shown.

В статье показывается как благодаря достижениям Нобелевских лауреатов в области естественных наук, а именно химии, физики, физиологии и медицины, формировались и развивались медикотехнические науки. Проанализировав работы шестнадцати ученых, удостоенных Нобелевской премии, можно увидеть интеграцию медицинских и технических наук.

Наиболее примечательной чертой двадцатого века является бурное развитие науки. Множество необычайных открытий и изобретений было сделано в эту эпоху, названную «веком науки». Благодаря ученым, одна за другой реализовывались фантастические и нереальные мечты прошлого. Сейчас с уверенностью можно утверждать, что повседневная жизнь людей находилась тогда под всеобъемлющим контролем науки. Именно поэтому Нобелевская премия, которая внесла значительный вклад в это развитие, является одной из характерных особенностей ушедшего века.

В двадцатом столетии науки все более специализировались (и поэтому - особенно интересны) работы нобелевских лауреатов, возникшие на стыке наук. Медикотехнические науки являются примером взаимопроникновения медицинских и технических наук для изучения природы здоровья и болезней человека. Новые медицинские технологии создаются коллективными усилиями специалистов разнообразных областей науки и техники: биологии, медицины, физики, химии, электроники, материаловедения и т.д. Проанализировав достижения нобелевских лауреатов в области естественных наук, а именно физики, химии, физиологии или медицины, можно проследить формирование и развитие медико-технических наук в ХХ веке.

Первая Нобелевская премия присуждена в 1901 году физику Вильгельму Конраду Рентгену. Формулировка Нобелевского комитета: «в знак признания необычайно важных заслуг перед наукой, выразившихся в открытии замечательных лучей, названных впоследствии в его честь».

Открытие им рентгеновского излучения стало величайшим достижением человечества. В процессе исследований В.Рентген повторил некоторые из более ранних экспериментов, которые проводились Генрихом Гейсслером, Уильямом Круксом, Филиппом Ленар-дом, Дж.Дж.Томсоном и другими физиками. Рентген исследовал явление, которое он назвал икс-лучами (т.е. неизвестными лучами). Он обнаружил, что Х-лучи могут проникать почти во все предметы на различную глубину, зависящую от толщины предмета и плотности

вещества. Рентген сделал поразительное открытие: кости его руки отбрасывали на экран более темную тень, окруженную более светлой тенью от мягких тканей. Рентген также обнаружил, что икс-лучи вызывают не только свечение экрана, покрытого цианоплатинитом бария, но и потемнение фотопластинок (после проявления) в тех местах, где икс-лучи попадают на фотоэмульсию. Так Рентген стал первым в мире радиологом. В его честь Х-лучи стали называть рентгеновскими лучами.

Следующим Нобелевская лауреатом, внесшим вклад в развитие медикотехнических наук, стал датский ученый Нильс Рюберг Финсен. В 1903 году ему была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины «в признание вклада в лечение заболеваний, особенно обыкновенной волчанки, концентрированными световыми лучами, что открыло новое направление в медицинской науке».

Волчанка - туберкулез кожи - почти не поддавалась терапии и часто настолько обезображивала внешность своих жертв, что они становились изгоями общества. Во второй половине 1890-х годов Финсен увлекся разработкой способа лечения этого заболевания. Анализируя работы своих предшественников, Финсен поначалу пришел к выводу о том, что неэффективность попыток лечения связана с недостаточной продолжительностью световых воздействий. Он решил исследовать проблему заново. Еще в 1890-х гг. Финсен, изучая терапевтическое воздействие света, провел опыты, в ходе которых он понял, что свет - или его отсутствие - могут обладать терапевтическим эффектом. Чтобы усилить воздействие света, Финсен концентрировал его с помощью зеркал и линз. Для устранения обжигающего действия инфракрасной составляющей он исключил из спектра красно-желтую часть и обнаружил, что это существенно не снижало бактерицидного эффекта. Соединяя выпуклые линзы с цветными фильтрами, Финсен конструировал аппараты для концентрирования солнечного света и лучей дуговой электрической лампы. В 1896 году в Копенгагене был основан Финсеновский институт светолечения, директором которого стал Финсен. В институте были разработаны способы лечения с помощью финсеновских дуговых ванн, а также терапевтические методы, позволившие увеличить лечебную дозу ультрафиолетового излучения при минимальном повреждении тканей. В последующие пять лет 800 больных волчанкой прошли курс лечения в Финсеновском институте: 50% полностью выздоровели, у 45% отмечалось значительное улучшение. Финсен был прав, когда предсказывал, что в будущем эта болезнь в Дании будет ликвидирована.

В настоящее время современную медицинскую науку невозможно представить без методов воздействия разнообразных видов концентрированных потоков энергии на биологические объекты, в первую очередь лазерных технологий.

Огромным успехом в изучении физиологии и патологии сердца явилось изобретение электрокардиографии Виллемом Эйнтховеном.. Он был удостоен Нобелевской премии в области физиологии и медицины за 1924 г. «за открытие механизма элек-трокардиаграммы».

Ученый усовершенствовал методику регистрации электрических процессов, происходящих в сердце, и описал механизм их возникновения, в результате чего электрокардиография стала важнейшим диагностическим инструментом в кардиологии. Электрофизиология - наука об электрических явлениях, возникающих в процессе жизнедеятельности организма,- начала развиваться задолго до изобретения Эйнтховена. В 1880 году было признано, что сокращение сердца сопровождается электрическими явлениями, однако единственным способом, позволяющим регистрировать «сердечные токи», было прямое наложение электродов на обнаженное работающее сердце. В 1887 году обнаружили, что изменения потенциалов, возникающие при сокращении сердца, можно

регистрировать и с поверхности тела с помощью электродов, наложенных на конечности. Подобные токи записывались с помощью капиллярного электрометра - прибора, состоящего из ртутного столбика, поднимающегося и опускающегося в зависимости от изменения электрического поля. При этом записывалась так называемая электрокардиограмма (ЭКГ), которая была чрезвычайно несовершенной, поскольку ртутный столбик обладал высокой инерцией. Виллем Эйнтховен установил, что при такой записи можно получить точную ЭКГ, если вносить в нее коррективы с помощью довольно кропотливых математических расчетов. С 1908 по 1913 годы Эйнтховен работал над трактовкой нормальной ЭКГ (соответствия ее зубцов и интервалов возбуждению различных отделов сердца), создавая, таким образом, базу для анализа ЭКГ больного сердца. Несколько поколений инженеров совершенствовали электрокардиограф, однако и сегодня эти приборы изготовляются на основе принципа, предложенного Эйнтхове-ном.

В 1939 году Нобелевскую премию по физике получил американский ученый Эрнест Орландо Лоуренс «за изобретение и создание циклотрона, за достигнутые с его помощью результаты, особенно получение искусственных радиоактивных элементов» (1939 г.).

Создание им циклотрона - ускорителя частиц - позволило, в том числе, синтезировать радиоактивные изотопы для медицинских целей. Изотопы с успехом использовались Лоуренсом и его братом-медиком Джоном для лечения раковых больных.

В 1930-40-х годах развитие химических и биологических наук потребовало более глубокого проникновения в существо изучаемых процессов, детального анализа химического состава разнообразных смесей и биологических объектов. Решение этих задач, как правило, невозможно без применения достаточно эффективных методов разделения сложных смесей. Среди таких методов доминирует хроматография, впервые примененная в 1906 году русским физиологом и биохимиком растений Михаилом Семеновичем Цветом (1872-1919). Другой перспективный метод очистки веществ - электрофорез -движение дисперсных частиц в растворе под действием внешнего электрического поля. Ученые знали, что с помощью электрофореза можно разделять частицы и, в частности, крупные молекулы белков. На практике, различные факторы затрудняли достижение желаемых результатов.

Арне Вильхельм Каурин Тиселиус удостоен Нобелевской премии по химии 1948 года «за исследование электрофореза и адсорбционного анализа, особенно за открытия, связанные со сложной природой сывороточных белков».

Тиселиус обнаружил, что при условии тщательного контроля температуры и электрического тока можно достичь высокого уровня разделения белков. В 1936 году ему удалось сконструировать новый, более чувствительный электрофоретический прибор. Применив его для анализа сыворотки крови, Тиселиус сумел доказать, что сыворотка белка, известная как глобулин, фактически состоит из трех видов, которые он назвал альфа-, бета- и гамма-глобулинами. Так был разработан метод фронтальной хроматографии, с помощью которого можно анализировать белки, аминокислоты, углеводы. Методы анализа и очистки веществ, предложенные Тиселиусом, широко применяются в различных областях человеческой деятельности.

В 1964 году Чарлз Хард Таунс, Николай Геннадьевич Басов и Александр Михайлович Прохоров удостоились Нобелевской премии по физике «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном принципе».

Широко известное слово «лазер» образовано от начальных букв английского выражения, означающего световое усиление с помощью индуцированного излучения - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Ныне лазеры широко используются в медицине и других областях (связи, машиностроении, инструментальных и измерительных приборах, в искусстве и в военном деле, в голографии).

Английский ученый, родившийся в Литве, Аарон Клуг в 1982 году получил Нобелевскую премию в области химии «за развитие кристаллографической электронной микроскопии и прояснение структуры биологически важных комплексов нуклеиновая кислота-белок». Этот метод был применен к установлению структуры вируса табачной мозаики и хроматина.

Данные Клуга, равно как и информация о результатах, полученных другими учеными, применяющими его методы, в значительной мере проясняют процессы, происходящие внутри живых клеток. Эффектной демонстрацией и дальнейшим развитием достоинств метода Клуга явилась успешная расшифровка структуры сложного биологического объекта - фотосинтетического реакционного центра бактерий, выполненная Дайзенхофером, Хубером и Михелем, за что они были отмечены Нобелевской премией по химии 1988 года.

В 1986 году Нобелевскую премию по физике получили: Эрнст Руска «за фундаментальную работу по электронной оптике и за создание первого электронного микроскопа», а также Герд Бинниг и Хейнрих Рорер «за разработку сканирующего туннелирующего микроскопа».

Первый электронный микроскоп был спроектирован еще в 1931 году Руской и его научным руководителем Максом Кноллем. Прибор состоял из двух последовательно расположенных магнитных линз. При 15-кратном увеличении этот прибор намного уступал обычному оптическому микроскопу, но именно он позволил установить основные принципы электронной микроскопии. Уже в 1933 году Руска построил вариант электронного микроскопа, разрешающая способность которого позволяла определять детали размером в 500 ангстремов: это было в десять раз лучшее разрешение, чем могли давать самые мощные оптические микроскопы. В 1937 году Руска (в должности инженера-электрика фирмы «Сименс») принял участие в разработке первого коммерческого электронного микроскопа. Этот прибор с разрешающей способностью в 100 ангстремов впервые поступил на рынок в 1939 году. В настоящее время существуют электронные микроскопы, способные разрешать детали размером 1 ангстрем. Изобретение Руски несомненно стимулировало и изобретение Биннигом и Рорером сканирующего туннелирующего микроскопа. Ученые обратились к данной проблеме, привлеченные тем, что прежде не удавалось осуществить полный анализ поверхности материалов.

Таким образом, уже в 1980-х годах можно было исследовать такие мельчайшие структуры, как вирусы и ДНК. Но в то время еще невозможно было неинвазивно, тщательно и просто изучить, например, внутренние органы человека. Поэтому создание рентгеновской компьютерной томографии Алланом Маклеодом Кормаком и Годфри Ньюбоулдом Хаунсфилдом явилось триумфом медико-технической науки ХХ века. «За разработку компьютерной томографии» ученые были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине 1979 года. Награждение Кормака и Хаунсфилда стало уникальным в том смысле, что никогда ранее и никогда после Нобелевскую премию по физиологии или медицине не получали физик и инженер.

Рентгенограммы отображают лишь общее поглощение лучей на пути каждого пучка. При этом по ним невозможно определить, какое участие в этом общем поглощении приняли ткани, через которые этот пучок последовательно проходил. При исследо-

вании внутренних органов снимки получаются нечеткие, а изображения органов, через которые последовательно проходит луч, накладываются одно на другое. Таким образом, для производства съемки необходимо было придавать больному специальные позы, с таким расчетом, чтобы лучи по возможности проходили только через исследуемый орган. Полые органы - желудок, кишку, сосуды - иногда заполняли специальной смесью (как правило, солей бария), непроницаемой для рентгеновских лучей. Особые трудности возникали при исследовании головного мозга, т.к. кости черепа сильно поглощают рентгеновские лучи и скрывают изображение мягких тканей. Искусству анализа («чтения») рентгенограмм медик учится годами.

Более полувека казалось, что эти трудности неизбежны, пока за решение медицинской проблемы ни взялся физик Кормак, который в конце 50-х - начале 60-х гг. разработал математический метод для определения поглощения рентгеновских лучей биологическими тканями. Получение таких рентгеновских изображений срезов тела было названо томографией, от греческого tomos (рассечение). К этому времени Кормак уже создавал свой математический метод для оценки поглощения рентгеновских лучей биологическими тканями. В 1967 году Хаунсфилд, независимо от Кормака, начал работу по созданию своей системы компьютерной томографии. Он разработал несколько иную математическую модель и использовал быстродействующие компьютеры. После начальной экспериментальной работы, проектирования и сооружения четырех клинических опытных образцов для сканирования мозга и целого тела (три из которых пошли в производство) Хаунсфилду удалось внедрить томографический метод исследования в практику. Его усилиями томография превратилась в компьютерную томографию.

Исследования в области томографии продолжались, и в 2003 году Нобелевская премия по физиологии или медицине вручена Полу Лотербуру и сэру Питеру Мэнсфилду «за выдающиеся открытия в области магнитно-резонансной томографии». Основная идея нового метода неинвазивной диагностики заболеваний внутренних органов человека была сформулирована доктором Лотербуром еще в 1971-м году, и на протяжении четверти века им, а затем и доктором Мэнсфилдом, активно разрабатывалась.

Пол Лотербур стал первым ученым, которому удалось получить на базе ядерного магнитного резонанса двухмерное изображение внутренней структуры двух стеклянных капилляров, заполненных жидкостью. Перевести идею Лотербура в практическую клиническую плоскость сумел его британский коллега Питер Мэнсфилд. Ученый разработал методы математического преобразования, благодаря которым стало возможно в короткие сроки получать изображения хорошего качества при последовательном просвечивании слоев сканируемых органов пациента. Эта новейшая технология стала основой при последующем создании МРТ-сканеров, позволяющих неинвазивно исследовать внутренние органы человека. Перевести идею Лотербура в практическую клиническую плоскость сумел его британский коллега Питер Мэнсфилд. Ученый разработал методы математического преобразования, благодаря которым стало возможно в короткие сроки получать изображения хорошего качества при последовательном просвечивании слоев сканируемых органов пациента. Эта новейшая технология стала основой при последующем создании МРТ-сканеров, позволяющих неинвазивно исследовать внутренние органы человека. МРТ, в отличие от рентгеновских лучей, используемых в обычной компьютерной томографии, совершенно безвредна для человека. В наше время этот метод получения изображений внутренних органов человека вошел в повседневную практику обследования пациентов. Сегодня, спустя 30 лет после открытия магнитно-резонансной томографии, ежегодно проводится около 60 млн. таких исследований. МРТ широко используется в предоперационных обследованиях, что особенно важно для микрохирургии; она неза-

менима при диагностике многих заболеваний, в первую очередь раковых, поскольку позволяет точно определить локализацию опухоли и метастазов.

Таким образом, еще в начале XX века можно было проследить интеграцию медицинских и технических наук. В новом же тысячелетии эта интеграция продолжается, интенсивно развиваются медицинские технологии по множеству направлений ведущими научными центрами мира. В XXI веке развитие высоких технологий в значительной мере связано с реализацией двух грандиозных проектов: Всемирной информационной сети и нанотехнологии. Прогресс в этих направлениях позволяет медицинским наукам приблизиться к анализу глубинных механизмов жизни и пониманию функционирования организма как единой системы.

УДК 541.182.642 К.С. Нестерова

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Россия

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОСМЕТИЧЕСКОГО РЫНКА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

An application Nan particle at manufacturing cosmetic production allows improving qualitatively properties and effect of a cosmetic preparation. In the considered case it is offered to conclude the Nan particles filled by active substances, in related to a leather phospholipids, and also to apply a new kind of the vacuum packing, allowing reducing in times use of preservatives.

Применение наночастиц при изготовлении косметической продукции позволяет качественно улучшить свойства и эффект косметического препарата. В рассмотренном случае предлагается заключить наночастицы, заполненные активными веществами, в родственные коже фосфолипиды, а также применить новый вид вакуумной упаковки, позволяющей сократить в разы использование консервантов.

ВВЕДЕНИЕ. Сейчас повсюду говорят и пишут о нанокосметике. Большинство знает, что это какое-то модное и революционное направление в косметике. Но что такое "нано" и почему оно так эффективно? Нано - это микрочастица, размер которой сопоставим с размером межклеточного пространства. Интересно, что древние египтяне, сами того не зная, использовали методы нанотехнологии при изготовлении чёрной краски для волос. Она содержала частицы сульфида свинца размером около 5 нанометров. Благодаря этим микрочастицам краска великолепно впитывалась в волосы по всей структуре.

ОСОБЕННОСТИ КОСМЕТИЧЕСКОГО РЫНКА НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ. Появление Ботокса на рынке косметических услуг поставило мировые косметические компании в суровые условия - женщины хотели получить крем, действие которого не уступало бы инъекциям Ботокса. К тому же традиционно - используемая современная косметика на сегодняшний день имеет массу недостатков. Так, с каждым годом появляется всё больше данных о вредном воздействии тех или иных компонентов, которые традиционно используются в приготовлении косметических средств. Например, некоторые химические консерванты, вводимые в косметическое средство для защиты его от посторонней микрофлоры, как показали последние исследования, могут тормозить процесс регенерации новых клеток и ускорять процесс старения и увядания кожи. К тому же, многие биологически активные компоненты (пептиды, белки, гиалуроновая кислота и др.), которые особенно рекомендуются для решения проблем сухой и увяда-