«Наука Урала» продолжает представлять вновь избранных в Академию наук уральских ученых. Сегодня собеседник «НУ» — директор Института иммунологии и физиологии УрО РАН доктор физико-математических наук, профессор Ольга Эдуардовна Соловьева, в 2025 году избранная членом-корреспондентом РАН.

— Ольга Эдуардовна, у каждого свой путь в науку.  Как случилось, что вы — математик — стали директором Института иммунологии и физиологии? 

— На четвертом курсе матмеха УрГУ я пришла писать курсовую работу на кафедру вычислительной математики к Г.Н. Мильштейну, который тогда был еще доцентом. Григорий Нойхович — ученый мирового уровня, математик, у которого есть именные методы (в частности, методы решения стохастических дифференциальных уравнений), по его учебникам учатся студенты не только в России, но и за рубежом. Курсовая была посвящена разработке математической модели ритмоинотропных явлений в сердце. При увеличении частоты сердечных сокращений увеличивается их сила, и при изменении ритма происходят изменения сократительной активности, которые надо было описать. Это было очень интересно — совершенно новый для меня объект. И уже потом я познакомилась с будущим членом-корреспондентом РАН Владимиром Семеновичем Мархасиным, с которым Григорий Нойхович вместе работал над этой темой. Владимир Семенович — всемирно известный ученый, создатель и лидер уральской научной школы физиологии и биофизики миокарда. Только что, 23 апреля, ему исполнилось бы 85 лет. 25–26 июня в Екатеринбурге состоится VI международный конгресс «Врач — пациент — общество: наука и жизнь» (наш институт выступает одним из основных организаторов), в программе которого запланирована мемориальная сессия, посвященная этой дате. Потом я под руководством Г.Н. Мильштейна написала диссертацию по использованию рекуррентных методов идентификации параметров динамических систем, в частности, для идентификации параметров нашей модели. И в этой сугубо математической кандидатской был раздел, посвященный работе с моделями сердца. После защиты Владимир Семенович привлек меня в свою команду. Я видела перспективу развития математических методов в этой сфере, тем более что в команде уже работал Л.Б. Кацнельсон, который тоже защитился по разработке моделей сердечной мышцы. Мы были единомышленниками, разговаривали на одном языке, и продуктивная совместная работа с Владимиром Семеновичем и Леонидом Борисовичем определила направление моей докторской диссертации — применение математических моделей для изучения электромеханических процессов в сердечной мышце. Пришлось погрузиться в биофизику процессов, которые происходят в клетке, в физиологию сердечной мышцы на молекулярно-клеточном, тканевом, органном уровнях. В.С. Мархасин внес в нашу работу абсолютно пионерскую в то время тематику — исследование неоднородности миокарда. Тогда в мире только появлялись первые аналогичные работы.

Неоднородность в сердце проявляется на всех уровнях организации, начиная с белков (их изоформы отличаются в разных клетках), в свойствах каналов, транспортеров. И благодаря этой «точной подстройке» сердце может эффективно выполнять свои функции. Видимо, в процессе написания докторской диссертации я и стала биофизиком.

— То есть это прежде всего заслуга коллектива ваших учителей? 

— Это были не просто учителя в науке. Может быть, это звучит пафосно, но мои научные руководители стали и учителями жизни. Ведь молодой ученый воспринимает не только научную тематику, но прежде всего отношение к своему делу, способ жизни в науке. Оказаться в поле зрения и воздействия настоящего учителя — это удача, которая определяет твою жизнь.

Когда я официально перешла из университета в команду Владимира Семеновича в 1996 году, она уже вошла в состав Института физиологии Коми НЦ. Трансформация научной группы из лаборатории Свердловского НИИ гигиены труда и профзаболеваний в отдел молекулярной и клеточной биомеханики академического института — это был новый горизонт возможностей, и в этом, безусловно, неоценимая заслуга академика Михаила Павловича Рощевского, которого поддержал и академик С.В. Вонсовский. В.С. Мархасин регулярно ездил в Сыктывкар на заседания ученого совета, которые по существу были мини-конференциями: коллеги и отчитывались, и обсуждали направления исследований. Михаил Павлович, приезжая в Екатеринбург, обязательно заходил к нам. Мы знали его и как ученого, и как талантливого организатора. На конференциях и съездах мы чувствовали его поддержку. Когда в 2004 году мы организовывали съезд Российского физиологического общества им. И.П. Павлова, мне удалось познакомиться практически со всеми членами Отделения физиологических наук РАН, в котором я сейчас состою. Участие в академической жизни — это счастье общаться с учеными такого масштаба.

— Давайте все-таки поясним популярно нашим читателям, чем именно вы занимаетесь…

— Сейчас это называется «цифровой двойник». Прежде всего это система дифференциальных уравнений, которые описывают динамику внутриклеточных процессов, межклеточного взаимодействия, а на органном уровне это происходит в сложном геометрическом теле, которое представляет собой сердце. Цифровой двойник сердечной клетки описывает процессы активности сократительных белков, которые управляются кинетикой внутриклеточного кальция, с динамическими процессами транслокации ионов через мембрану, перераспределение внутри клетки и т.д. Описав эти процессы, мы можем предсказать поведение клетки при воздействии на нее фармакологически активными веществами или в ходе заболевания. Например, сердечная аритмия может возникать, когда меняются механические условия сокращения клетки или когда страдает взаимодействие между клетками. Часто основной причиной «поломок» функций сердечной клетки является нарушение динамики внутриклеточного кальция. Кальций высвобождается из внутриклеточного депо не тогда, когда нужно, поглощается плохо — это может приводить к нарушению сокращения и расслабления клетки. Мы можем далее рассматривать взаимодействие клеток на уровне ткани, а потом собрать все это в орган и фактически получить цифровой двойник сердца.

— Сложная задача…

— Действительно, и объект — сердце — бесконечно сложен, и задача сложная. В плане как математического описания процессов, так и реализации вычислительной системы, которая может не просто решать уравнения, но и выдать результат в понятном врачу виде: смоделировать электрокардиограмму или изменение давления и объема камер сердца — то, к чему медики привыкли и умеют понимать. Отдельная проблема — для работы с моделями сердца, да еще и персонифицированными, адаптированными к клиническим данным конкретного пациента (у нас разработаны такие технологии), требуется чрезвычайно высокая квалификация IT-специалистов. Сегодня это самая высокооплачиваемая категория работников, которых, увы, академическая зарплата привлечь не может. Эти штучные кадры ты выращиваешь, они защищают диссертацию и, к сожалению, часто находят для себя более интересные условия. Восполнять потери, поддерживать группу в рабочем состоянии необыкновенно сложно. 

Наша группа мультидисциплинарная: у нас эксперимент и теоретический анализ идут неразрывно. Притом часть экспериментов инспирируется предсказаниями модели: модель предсказывает новый эффект, и мы его тут же пытаемся подтвердить — уже были очень интересные находки. Сегодня цифровой двойник — прекрасный инструмент фундаментальных исследований, но, я полагаю, в самое ближайшее время он станет и клиническим инструментом. Здесь мы на переднем крае благодаря совместным проектам с клиницистами. Уже сегодня наша модель может использоваться для прогноза эффективности операции сердечной ресинхронизации (электрокардиотерапии). Мы на модели «проигрываем» сценарий оперативного воздействия для конкретного пациента, с его конкретным сердцем и конкретными болезнями, по его данным КТ и МРТ и даем рекомендации по установке стимулятора, какой способ лучше всего подойдет именно этому пациенту. 

Заниматься трехмерными моделями мы начали еще с конца 1990-х годов при поддержке программы фундаментальных исследований Уральского отделения РАН, и сейчас благодаря грантам РНФ можем взаимодействовать с клиницистами. Работать с врачами непросто: они очень загружены, и найти клиницистов, которые готовы заниматься еще и фундаментальной наукой, просто удача. У нас был прекрасный опыт сотрудничества с кардиологами под руководством профессора Э.М. Идова (Свердловская областная клиническая больница № 1, Уральский государственный медицинский университет, Екатеринбург), мы даже совместно с ним получили почетный диплом им. В.Н. Черниговского за цикл работ по анализу движения сердца у больных ишемической болезнью. Сейчас активно сотрудничаем с группами профессора РАН Д.С. Лебедева в Национальном медицинском исследовательском центре имени В.А. Алмазова (Санкт-Петербург), профессора Р.Е. Баталова в НИИ кардиологии Томского национального медицинского исследовательского центра. Это дает реальные клинические задачи и клинические данные, а данные решают все. И, разумеется, неоценима экспертиза клиницистов, их опыт.

Сегодня наша лаборатория участвует в проекте оценки функционального состояния сердца новорожденных — и рожденных при нормальной беременности, и при внутриутробных проблемах. Руководитель проекта — профессор Н.В. Косовцова из НИИ охраны материнства и младенчества (Екатеринбург). Мы счастливы, что эта группа нашлась. 

Научные разработки очень трудно внедрять в клинику — требуется довести технологии до уровня «нажать на кнопку», а чтобы создать программный продукт с удобным интерфейсом, пользовательскими сервисами, нужна целая группа высококвалифицированных программистов. Врачи тоже склонны купить что-то готовое импортное, нежели поддерживать отечественную разработку. Нужны внедренческие центры.

— У вас сильный институт, где работают выдающиеся ученые — академик В.А. Черешнев, член-корреспондент Б.Г. Юшков. Как себя чувствует молодой член-корреспондент в таком соседстве?

— Без участия и поддержки Валерия Александровича Черешнева мое избрание могло бы не состояться: он меня поддерживал, побуждал не прекращать попыток избраться. Дело даже не во мне лично — он всегда заботился об усилении уральской школы, еще со времени своей работы в Перми. Борис Германович Юшков — строгий и чрезвычайно авторитетный эксперт, к его мнению всегда прислушиваются. У нас очень конструктивные отношения, и я могу лишь поблагодарить их обоих за поддержку с самых первых моих директорских шагов. 

— Можно ли ждать какого-то научного прорыва в вашей отрасли? Какой прогноз вы бы дали?

— Сейчас время молекулярной биологии. Очень большой потенциал у применения клеточных продуктов. Молекулярно-генетические клеточные технологии — это разработка клеточных продуктов на основе молекулярных продуцентов либо использование собственных клеточных продуктов. Они гораздо менее аллергенны по сравнению с теми же стволовыми клетками. Другое многообещающее направление — применение цифровых технологий, искусственного интеллекта (ИИ): цифровые двойники для предварительной оценки состояния органа, организма и выработки сценария возможных терапевтических воздействий. Использование ИИ при доведении модели до персонифицированного уровня, построение моделей для классификации по эффективности и в обработке больших массивов данных по регистрируемым сигналам аппаратуры. Конечно, это должны быть специализированные модели на основе ИИ, оптимизированные под определенный тип данных, верифицированные на клинических данных, прежде всего системы помощи принятия врачебных решений. Врача ничто и никогда не заменит, но предварительная обработка массива данных с выдачей рекомендаций может ему помочь. 

Точный прогноз невозможен — слишком быстро идет развитие, возникает множество разных вопросов, в том числе этических. Чтобы обучать ИИ, нужны огромные массивы данных, но это персональные данные пациентов, охраняемые законом. Тут требуются междисциплинарные усилия, привлечение юристов, и с созданием подобных инструментов мы опаздываем.

—  Представьте, что внезапно у института появились очень большие деньги. Что бы вы сделали: построили новое здание, открыли новые лаборатории, совместную кафедру или создали клиническое подразделение?

— Хороший вопрос… Первое, в чем мы нуждаемся, — современный виварий. Идут исследования на лабораторных животных, нужны условия для их содержания. Здание — это второе, и не само по себе: не ради стен, а ради приборов. Сейчас нам не хватает приборной базы для молекулярной биологии — есть лаборатория клеточных технологий, но ее надо расширять, нужно новое оборудование. Затем — персонал: с новыми приборами кто-то должен работать. Нужна программа подготовки кадров, чтобы к нам приходили специалисты, уже знакомые с современными методами, способные быстро интегрироваться в тематику исследований и работать в полную силу. Зарплата в 200 % средней по региону — половинчатая мера, если специалист работает на 1/10 ставки. А уж клиническая лаборатория — просто мечта, открылись бы возможности для популяционных клинико-физиологических исследований, да и зарабатывать как-то смогли бы. Прекрасно, когда есть средства на развитие, но здания и аппаратуру потом нужно поддерживать, и в этом клиника сильно бы помогла.

Интервью вел 
А. ЯКУБОВСКИЙ
Фото автора