Магниты, спины и резонанс. Сибирское усиление
Международный томографический центр (МТЦ) Сибирского отделения РАН организован в 1989 году по инициативе академика Р. З. Сагдеева. Ныне это — оснащённый современным оборудованием научный центр, где проводят передовые экспериментальные и теоретические исследования магнитных явлений в химии, биологии, медицине и на практике применяют новейшие достижения магнитно-резонансной томографии для медицинской диагностики.
Зиннурович
Сагдеев.
Об истории создания МТЦ и основных направлениях его экспериментальных и прикладных работ рассказывают научный руководитель Центра академик Ренад Сагдеев и директор МТЦ доктор физико-математических наук Константин Иванов. Беседу ведёт Наталия Лескова.
— Ренад Зиннурович, с чего начиналась история Международного томографического центра СО РАН?
— В 1980-е годы я принимал участие в международной конференции по магнитному резонансу. В то время на Западе активно развивалась магнитно-резонансная томография (МРТ). Конечно, я понимал, что это особая техника, дорогая, непростая, но очень хотелось начать подобные исследования и у нас. Я познакомился с профессором Гюнтером Лаукином, известным немецким физиком, ведущим специалистом в области ядерной магнитной спектроскопии, — впоследствии его избрали иностранным членом АН СССР. Ещё в 1960 году Лаукин учредил фирму «Bruker», которая стала производить ЯМР-спектрометры, а затем и томографы. Мне удалось его уговорить поставить нам первый томограф в рассрочку. В Институте химической кинетики и горения, где я тогда работал, мы создали отдел магнитно-резонансной томографии. Однако вскоре стало ясно, что нужно создавать отдельный институт. Название мы придумали сразу — Международный томографический центр. Но вот с его организацией оказалось сложнее.
Это были непростые, переломные для страны годы: конец 1980-х — начало 1990-х. С одной стороны, не самое удачное время для создания нового института. А с другой — все процессы, связанные с оформлением документов, шли намного быстрее, чем сейчас.
Я обратился к Гурию Ивановичу Марчуку, который был тогда заместителем председателя Правительства России, и к председателю Сибирского отделения Академии наук (тогда ещё СССР) Валентину Афанасьевичу Коптюгу, и оба они очень помогли на начальном этапе. Первые деньги на строительство Института выделил именно Гурий Иванович. Мы договорились, что построим здание, но при этом был заключён очень необычный контракт: заказчик — Сибирское отделение, производитель работ — финская строительная компания «Полар», а поставщик оборудования — фирма «Bruker», она же и плательщик. Сейчас о таком контракте не стоит даже мечтать, но Лаукин поверил, что мы создадим международный институт.
Через несколько лет нам удалось построить красивое современное здание, под которое был выделен необустроенный пустырь за Институтом химической кинетики и горения. Первыми сотрудниками стали ребята, которые раньше со мной работали. Да, уходя, я забрал с собой «своих». Теперь многие из них — доктора наук.
Когда институт построили, возникли новые проблемы: каков его статус? Юридический статус института менялся несколько раз, но в конце концов он стал институтом РАН. Это было непросто, но настал день, когда мы передали институт вместе с сотрудниками и дорогостоящим оборудованием Сибирскому отделению. Постепенно увеличивали бюджет, вели уникальные научные исследования.
— Какие именно?
— Конечно, главное — и это была моя мечта — научные работы по магнитно-резонансной томографии в России. Поэтому уже в названии мы решили отразить главную идею. Но это всё же не основное. Основа — классические проблемы химической физики. Мы ведь работаем на стыке наук. У нас с момента основания института рука об руку трудятся физики, химики, биологи и медики.
Ещё в Институте химической кинетики и горения мы занимались влиянием магнитных полей на химические реакции. Ранее всегда считалось, что магнитное поле не может влиять на химическую реакцию, потому что энергия взаимодействия молекул с полем очень мала. Но потом оказалось, что в ряде случаев действуют совсем другие принципы — спинового отбора.
Классическая химия имеет дело с такими понятиями, как температура, давление, влияние растворителя на протекание реакций. А вот спиновые эффекты — влияние спина электрона и даже ядра — в ней обычно не учитываются. Тем не менее, мы обнаружили влияние ядерных спинов на протекание химических реакций и получили по результатам этих исследований диплом на открытие номер 300 «Закономерность радикальных химических реакций». При активном участии учёных из Новосибирска (в то время все мы работали в Институте химической кинетики и горения) возникло новое направление химии, которым я занимаюсь уже много лет, — спиновая химия. За работы по спиновой химии я получил Ленинскую премию в коллективе авторов из Новосибирска и Москвы. И мне отрадно, что это направление продолжает активно развиваться.
Наш интерес к области спиновой химии также привёл к пионерским работам по радикальному — на порядки величин — повышению чувствительности методов магнитного резонанса за счёт неравновесной поляризации спинов — спиновой гиперполяризации. Такими методами сегодня мы можем изучать промежуточные частицы с временем жизни, например, порядка наносекунды (10–9 секунды). Непосредственная регистрация таких частиц часто невозможна, но мы можем их зарегистрировать, глядя на спектры магнитного резонанса продуктов реакции. При помощи таких спектров получается своеобразная мгновенная фотография этих частиц.
— Применимы ли методы повышения чувствительности магнитного резонанса к медицинским исследованиям?
— Сейчас это одна из наших главных задач. Мы уже понимаем, как можно увеличить чувствительность магнитного резонанса, и теперь работаем над увеличением чувствительности томографии. Мы стараемся применить эти знания в создании новых методов гиперполяризации и приложить их к МРТ-исследованиям. Если это получится, то произойдёт прорыв в медицинских технологиях.
Другое направление, которым мы занимаемся, — создание новых магнитных материалов, молекулярных магнетиков. Как известно, обычные железные или редкоземельные магниты являются проводниками, они также тяжёлые и непрозрачные. А мы придумали, как создавать новые магнитные материалы, которые являются диэлектриками. Они конструируются методами тонкой химии. Этим у нас занимается академик Виктор Иванович Овчаренко. Начинали мы с ним вместе, а сейчас он лидер этого направления в стране.
А ещё у нас есть интересное направление, связанное с медициной и биологией, — это времяпролётная масс-спектроскопия. При помощи данного метода мы изучаем проблемы глаза, физико-химические основы его функционирования и соответственно различные заболевания хрусталика. Ведь не секрет, что огромное количество людей, особенно с возрастом, сталкиваются с проблемами дегенеративных заболеваний хрусталика, его помутнения, и тут крайне важно установить молекулярные механизмы процесса и понять, как с этим можно бороться. У нас есть высококлассное оборудование, работают молодые специалисты, большие энтузиасты своего дела. Мы сотрудничаем с врачами, которые уже сейчас готовы использовать предложенные нами методы.
— Где берёте кадры для института?
— Коллектив у нас молодой. Самый «старый» — я. Наши кадры в основном куёт Новосибирский государственный университет, где традиционно высокий уровень образования. У нас есть совместная структура с НГУ, в рамках которой мы реализуем совместные проекты с университетом, многие сотрудники там постоянно преподают.