В ЮФУ разрабатывают системы, позволяющие выявить в воздухе социально-значимые заболевания

Учёные ЮФУ разрабатывают биогибридные обонятельные системы. Разработка специалистов НИТЦ Нейротехнологий ЮФУ может выявлять социально-значимые заболевания и потенциально опасные вещества в воздухе на основе анализа биоэлектрических потенциалов обонятельной системы.

Специалисты НИТЦ «Нейротехнологий» ЮФУ провели эксперименты, в которых исследовали, как ведёт себя обонятельная система крысы во время анестезии. По итогам работы было показано, что в динамике ксилазин-тилетамин-золазепамовой анестезии средняя частота фоновой и импульсной активности М/Т клеток повышается, тогда как модальное значение высокочастотной активности ОЛ, диагностируемой с помощью микроэлектродов, напротив, снижается, что связывается с динамикой функционального состояния ОЛ и систем обработки ольфакторной информации в наркозе.

Результаты исследования, проведённого в рамках реализации проекта «Интеллектуальные технологии управления и обработки информации в перспективных роботизированных комплексах и гибридных системах» программы «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»), опубликованы в журнале IBRO Neuroscience Reportsthis link is disabled.

«Наши исследования проводятся с помощью экспериментального ольфакторного стенда, созданного в НИТЦ нейротехнологий. Животному в течение пяти секунд подаётся интересующий запах, одновременно с этим, с помощью микроэлектродов имплантированных в обонятельную луковицу крысы, регистрируется активность нейронов. Каждый из зарегистрированных нейронов может быть уникальным для интересующего вещества и на этом свойстве можно создать биосенсорную систему, детектирующую целевые вещества. Однако животные в таких системах часто находятся в анестезированном состоянии, что модулирует как функциональное состояние организма в целом, так и нейронов в частности. Именно для этого мы и изучили динамику ответной реакции нейронов обонятельной луковицы крыс в наркозе. Это приблизит нас к созданию устойчивых, высокочувствительных биогибридных систем», – рассказал кандидат биологических наук, главный научный сотрудник Научно-исследовательского технологического Центра нейротехнологий ЮФУ Пётр Косенко.

В практической части специалисты разработали биогибридные обонятельные системы, то есть биогибридные технологии на основе микроэлектродов, способные считывать суммарную активность десятков нейронов. Благодаря пониманию активности обонятельной луковицы крыс и обработке информации с помощью искусственной нейросети на базе сервера ЮФУ учёные смогли выявлять и распознавать паттерны, характерные для онкозаболеваний, сахарного диабета и туберкулеза.

Результаты исследования уже были подтверждены на практике – апробация технологии биогибридного скрининга социально-значимых заболеваний проводилась в Новгородской области в декабре 2020 года. Так, в эксперименте был индивидуально обследован 1761 доброволец. В ходе дополнительного обследования с использованием классических методов диагностики ранние (I-II) стадии онкозаболеваний подтверждены более чем у 70% пациентов, отнесённых к группе риска по результатам скрининга.

Биогибридная сенсорная технология скрининга социально значимых заболеваний разработана в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований, Южного федерального университета и Национального медицинского исследовательского центра онкологии (Ростов-на-Дону).

Однако на этом проект НИТЦ Нейротехнологий не заканчивается: специалисты планируют разработать управляемые биогибридные системы, которые будут работать на постоянной основе в режиме реального времени.

«Идеальным результатом для нас с практической точки зрения, было бы создание управляемых, высокочувствительных, помехоустойчивых и функционирующих 24/7 биогибридных устройств, способных детектировать интересующие заказчика пары веществ в воздухе или почве», — отметил Пётр Косенко.

Одной из вариаций внедрения таких систем могут быть кинологические службы. Система будет работать в режиме круглосуточного отслеживания, а нейронная сеть будет обрабатывать информацию и давать сигнал о потенциально-опасных веществах, например, взрывчатых или наркотических.

По словам разработчиков, в России аналогов подобной системы на данный момент не существует. Биогибридные обонятельные системы универсальны и могут распознавать любой запах, лишь бы пахучее вещество проникало в обонятельную луковицу носителя. Кроме того, их можно обучить под потребности каждого заказчика, исходя из того, какие вещества нужно распознать. Таким образом, они могут применяться в медицине, в сфере обеспечения безопасности государства, а также в экологии.