ЛАБОРАТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ БИОФИЗИКИ

Кузнецов Анатолий Александрович 

Заведующий – д.б.н., профессор Кузнецов Анатолий Александрович

Телефон: (499) 137-15-23, e-mail:  av123107@comtv.ru

 

А.А.Кузнецов – выпускник МИФИ (1962), кандидат физ.-мат. наук (1968), доктор биологических наук (2001), профессор (2003), академик РАЕН (2007). Работает в ИБХФ РАН с момента основания Института, до этого работал в ИХФ РАН/АН СССР, начиная с 1962 года. Лауреат Государственной премии СССР. Награжден медалью «За заслуги в области космонавтики». Области научных интересов – физика и биология магнитных явлений, использование магнитных измерений и магнитных свойств для решения медико-биологических задач, изучение магнитной гетерогенности биологических объектов.

 

Основные направления исследований

 

  • Изучение магнитной гетерогенности биологических объектов.
  • Магнитный транспорт и депонирование лекарственных препаратов.
  • Использование магнитных сорбентов в медицине и экологии.
  • Локальная гипертермия с использованием магнитных микрочастиц.
  • Применение магнитных материалов в абдоминальной хирургии.
  • Использование магнитных материалов в медицинских имплантантах.
  • Методы магнитной сепарации для решения медико-биологических проблем.
  • Ультразвуковая визуализация в биологии и медицине.
  • Ультразвуковая эластография мягких тканей.

 

В 1980 году мы сформулировали и обосновали концепцию о принципиальной магнитной гетерогенности биологических объектов, была показана связь магнитных свойств и основных параметров биологических микрообъектов с процессами метаболизма. Наши работы анализировали и одобрили Л.А.Блюменфельд, Я.С.Лебедев, Е.Л.Франкевич, академик B.И.Гольданский. Был разработан рекордный метод изучения магнитной гетерогенности – магнитогравифорез, позволяющий проводить измерения магнитных свойств отдельных живых клеток. Исследования магнитных свойств микрообъектов и решение на этой основе различных проблем биологии и медицины стали основным полем деятельности лаборатории инженерной биофизики, образованной в 1982 году. Измерения магнитных свойств живой клетки позволяют получить информацию о ее химическом составе.  На этой основе нами созданы новые методы экологического мониторинга, методы магнитной сепарации клеток, методы диагностики некоторых наследственных ферментопатий, предложены новые методы диагностики и лечения некоторых заболеваний.

Магнитные свойства эритроцитов были использованы нами для экологических целей при разработке новых методов биотестирования воды и создания биодатчика для оперативной оценки ее качества. Предложены и запатентованы новые способы очистки воды с использованием мелкодисперсных магнитных сорбентов.

Ряд экспериментов по исследованию магнитных свойств живых объектов был проведен на космических станциях «Салют» и «Мир». Работа в рамках эксперимента «Магнитогравистат» (замена гравитационного стимула неоднородным магнитным полем) была награждена медалью «За заслуги перед космонавтикой».

C 2001 г. в лаборатории проводятся работы по изучению механизма последействия факторов космического полета на поколение растений с использованием новейших методов исследований. С 2013 г. проводятся исследования влияния новых методов нанотехнологий, способствующих ускорению роста, улучшению развития и повышению продуктивности сельскохозяйственных растений. Работы осуществляются в рамках межправительственных соглашений между Россией и Китаем.

 Важнейшее научное направление лаборатории – создание и исследование магнитных частиц микро – и нанометровых размеров.  Материалы на основе углерода его соединений и комплексов с металлами обладают уникальными магнитными свойствами. Предложенные нами наноструктурные железоуглеродные микрочастицы имеют высокие магнитные свойства, нетоксичны и обладают уникальными сорбционными возможностями. Такие частицы имеют весьма широкое поле применения в медицине, в частности, для магнитоуправляемого транспорта лекарственных препаратов и локальной гипертермии. С помощью магнитного поля магнитные частицы можно локализовать в некоторой области мягких тканей, являющейся целью терапевтического воздействия. Нами разработаны магнитные микрочастицы (и технологии их получения), которые за счет сорбции могут накапливать противоопухолевые препараты и затем медленно освобождать их в тканях пациента. Таким образом можно создавать депо препарата в зоне опухоли, при этом за ее пределами токсичный противоопухолевый препарат практически отсутствует. Разработка успешно прошла предклинические испытания и первый этап клинических испытаний.

Для локальной радиочастотной гипертермии злокачественной опухоли мы разработали магнитные частицы на основе манганита натрия, имеющие точку Кюри в диапазоне 42 – 460 C. При достижении данной температуры частицы теряют ферромагнитные свойства и перестают поглощать магнитную энергию, тем самым обеспечивая стабилизацию температуры в области воздействия.

Мы также показали, что железоуглеродные магнитные частицы перспективны для осуществления фотодинамической терапии и магнитной эмболизации сосудов злокачественной опухоли. Таким образом с помощью магнитных частиц возможно любое локальное сочетанное воздействие на опухоль: гипертермия, химические препараты, радиация, фотодинамика и др.

В лаборатории разработан метод магнитной экстракорпоральной гемосорбционной детоксикации организма, состоящий в том, что в поток крови, отведённой с помощью шунта, вводят суспензию железоуглеродных ферромагнитных сорбентов. В процессе краткого совместного движения крови и сорбента происходит сорбция токсинов, а использованный магнитный сорбент уделяется из крови с помощью специального магнитного сепаратора. Очищенная кровь возвращается пациенту. Для своей реализации магнитная гемосорбция требует значительно меньшего количества сорбционного материала и дополнительной крови по сравнению с альтернативными методами. Эксперименты показали, что при магнитной гемосорбции практически не повреждаются клетки крови, в то время как при колоночной гемосорбции наблюдается интенсивный гемолиз. Метод прошел успешные испытания на лабораторных животных. 

На основе ультрадисперсных ферромагнетиков созданы иммуносорбенты к микобактериям туберкулёза и разработан метод магнитного концентрирования клеток. Этот метод диагностики туберкулёза одобрен Минздравом.

В лаборатории также были разработаны содержащие постоянные магниты устройства для хирургического соединения тканей полых органов желудочно-кишечного тракта человека. Эта работа была удостоена Государственной Премии СССР.

Был выполнен ряд работ для применения в хирургии среднего уха, для реализации новых подходов в слухопротезировании и для лечения гидропса лабиринта (болезнь Меньера). На основе постоянных магнитов были созданы протезы слуховых косточек, устройства для реабилитации перфораций барабанной перепонки и имплантируемые магнитоуправляемые клапаны и шунты. Предложенные нами устройства прошли успешную клиническую проверку.

С начала 2000-х годов в лаборатории разрабатываются новые методы ультразвуковой медицинской визуализации, ориентированные на раннее обнаружение различной патологии мягких тканей человека и диагностическое сопровождение методов лечения, использующих магнитные микрочастицы и имплантанты. Нами предложены и реализованы методы контроля локализации и распределения магнитных микрочастиц, которые базируются на осцилляциях магнитных объектов в низкочастотном переменном магнитном поле и ультразвуковой тканевой допплерографии. Разрабатываются методы ультразвуковой эластографии, сочетающие магнитное возбуждение низкочастотных осцилляций мягких тканей и методики ультразвуковой допплерографии мягких тканей сверхвысокой чувствительности.

 

Состав лаборатории

 

Кузнецов Анатолий Александрович, зав. лаб., д.б.н., профессор;

Комиссарова Любовь Хачиковна, с.н.с., к.х.н.;

Нечитайло Галина Семеновна, с.н.с., к.б.н.;

Подойницын Сергей Николаевич, с.н.с., к.т.н.;

Пышная Светлана Владимировна, мл.н.с.;

Пышный Михаил Филиппович, н.с.;

Самойлов Игорь Борисович, инженер-исследователь;

Шляхтин Олег Александрович, с.н.с., к.х.н.;

 

Избранные публикации

 

  1. А.А. Кузнецов, Л.А. Пирузян, В.М. Чиков. О магнитной гетерогенности биологических систем. Известия АН СССР, серия биология, №5, 1980, 645-653
  2. А.А. Кузнецов, В.И. Филиппов, Н.В. Миронов, С.А. Иванов, В. И. Шмырёв. Применение магнитоуправляемых микрочастиц в медицине. Кремлёвская медицина. Клинический вестник. №1 2006 (23- 28 )
  3. Oleg A. Kuznetsov, Olga N. Sorokina, Vladimir G. Leontiev, Oleg A. Shlyakhtin, Alexander L. Kovarski, Anatoly A. Kuznetsov. ESR study of thermal demagnetization processes in ferromagnetic nanoparticles with Curie temperatures between 40 and 60oC. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311 (2007) 204–207
  4. Anatoly A. Kuznetsov, Vladimir G. Leontiev, Vladimir A. Brukvin, Georgy N. Vorozhtsov, Boris Ya. Kogan, Oleg A. Shlyakhtin, Alexander M. Yunin, Oleg I. Tsybin, Oleg A. Kuznetsov. Local radiofrequency-induced hyperthermia using CuNi nanoparticles with therapeutically suitable Curie temperature. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311 (2007) 197–203
  5. O.A. Shlyakhtin, V.G. Leontiev, Young-Jei Oh and A.A. Kuznetsov. New manganite-based mediators for self-controlled magnetic heating. Smart Mater. Struct. 16 (2007) N35–N39.
  6. Jinying Lu, Min Liu, Huaixue, Yi Pan. Xinyun Han, Sheng Kan, Galina S. Nechitailo.

Changes in subcellular morphologies defense enzyme and genetic characteristics in earth – grown tomato seedling, propagated from six year MIR flown seeds and 27 day recovery satellite flown seeds. Frontiers of Agriculture in China 10/2007; 1(4) 468-471.

  1. Junying Lu, Huai Xue, Yi Pan, Sheng Kan, Min Liu, G.S. Nechitailo. Effect of spaceflight duration of subcellular morphologies and defense enzyme activities in earth – grown tomato seedling propagated from space-flown seeds.. Russian Journal of Physical Chemistry B12/2009, 3(6), 981-986.
  2. A.M. Visscher, A.L. Paul, M. Kirst, A.K. Alling, S.Silverstone, G.S. Nechitailo. Effect of spaceflight Environment on Heritable Changes in Wheat Gene Expression. Astrobiology 06/2009, 9 (4) 359-367.
  3. Anatoly A. Kuznetsov ,Victor I. Filippov, Tatiana A. Nikolskaya, Andrei P. Budko, Alexander L. Kovarskii, Sergei V. Zontov, Boris Ya. Kogan, Oleg A. Kuznetsov. Biodistribution of doxorubicin andnanostructured ferrocarbon carrier particles in organism during magnetically controlled drug delivery. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 1575–1579
  4. Michael Ph. Pyshnyi, Oleg A. Kuznetsov, Svetlana V. Pyshnaya, Galina S. Nechitailo, Anatoly A. Kuznetsov. Synchronous ultrasonic Doppler imaging of magnetic microparticles in biological tissues. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 1552–1556
  5. Варфоломеев С.Д., Гольдберг В.М., Щеголихин А.Н., Кузнецов А.А. Способ получения полимерного покрытия на поверхности частиц. Патент РФ № 2367513, 20.09 2009.
  6. М.Ф. Пышный, А.А. Кузнецов, О.А. Кузнецов, С.В. Пышная. Специализированные методики ультразвуковой допплерографии для контроля локализации магнитных микрочастиц в мягких тканях. Медицинская физика, № 3, 2013, 81-86
  7. Г.С. Нечитайло. Моделирование искусственных биосфер на Земле. Сборник РАЕН "Ноосферные пути развития России и Mира”. Издание РАЕН, 2013, 56-63.
  8. Варфоломеев С.Д., Кузнецов А.А., Комиссарова Л.Х., Самойлов И.Б. Способ очистки проточной воды от загрязнителей. Патент РФ № 2516634, 20.05.2014.
  9. Самойлов И.Б., Варфоломеев С.Д., Кузнецов А.А, Литвяк Е.И. Способ быстрого пиролиза биомассы и углеводородсодержащих продуктов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2524110, 27.07.2014
  10. Varfolomeev S.D., Goldberg V.M., Shchegolikhin A.N., Kuznetsov A.A. Method for producing polymer coating on particle surfaces. Патент США № 8,691,347, 08.04.2014
  11. Комиссарова Л.Х., Кузнецов А.А., Самойлов И.Б., Литвяк Е.И. Способ получения ферромагнитного углеродного сорбента. Патент РФ № 2547740, 10.04.2014
Яндекс.Метрика