Профессор биомедицинской инженерии и медицины Northwestern University Игорь Ефимов — один из ведущих мировых специалистов по электрофизиологии сердца. Его лаборатория изучает аритмии и создаёт медицинские устройства нового поколения — от катетеров для аблации до ультраминиатюрных кардиостимуляторов, которые со временем растворяются в организме.
Простыми словами: чем вы занимаетесь? Какова ваша сфера научных интересов?
Я занимаюсь биоинженерией сердечно-сосудистой системы: изучаю заболевания сердца и разрабатываю терапии, в основном приборы — кардиостимуляторы, дефибрилляторы, катетеры для лечения аритмий (нарушений ритма). Это инженерные решения для клинических задач.
Как у вас сочетаются медицина и инженерия?
По образованию я физик и считаю себя инженером. Почему я занимаюсь именно сердечными заболеваниями? Кардиология — крупнейшая проблема здравоохранения: в США сердечно-сосудистые заболевания остаются причиной №1 смертности, порядка миллиона жизней в год. Лекарства от аритмий работают плохо, поэтому эффективное лечение чаще всего основано на инженерии: имплантируемые и носимые приборы вроде кардиостимуляторов, а также катетерные методы — например, аблация очага, вызывающего аритмию. Диагностированных и недиагностированных пациентов с аритмиями в США — миллионы (оценки — 5–7 млн).
Электрофизиология сердца — это про вас?
Да. И ещё — интервенционная кардиология: стенты при закупорке сосудов, восстановление кровотока. Это массовые и спасительные процедуры — сотни тысяч пациентов ежегодно живут именно благодаря им. Мы тоже разрабатываем подобные терапии.
Чем занимается ваша лаборатория и как она финансируется?
Мы собираем команду под темы, которые нас научно волнуют. Основное финансирование — федеральное (National Institutes of Health), плюс частные фонды и благотворительные организации.
Как идея проходит путь «от лабораторного стола к постели больного»? Пример с кардиостимулятором.
Путь длинный. Исторически всё началось ещё в XVIII веке с опытов электрической стимуляции (лягушачья лапка и два металла). После этого физики-физиологи Фарадей, Карл Людвиг и многие другие изучали, как эта стимуляция работает. И только через полторы сотни лет, в 1950-е годы, первые операции на открытом сердце у детей остро потребовали временной стимуляции — так инженеры вместе с хирургами сделали первый клинический кардиостимулятор, а затем возникла целая индустрия. Сегодня кардиостимуляторы ежегодно получают сотни тысяч пациентов.
Вы сделали кардиостимулятор размером с рисовое зернышко. Для кого он?
Изначально — для новорождённых после операций на сердце. 1% всех детей в мире рождаются с пороками сердца, к сожалению. В США ежегодно появляется около 40 000 детей с врождёнными пороками; примерно 10 000 нуждаются в операции в первый год жизни. После вмешательства часто требуется временная стимуляция на 5–7 дней. Доступные устройства слишком громоздки для младенцев, поэтому обычно проводят наружную временную стимуляцию проводком через разрез. Мы хотели полностью имплантировать мини-стимулятор, который после выполнения своей задачи… растворится. Сейчас есть материалы, которые безопасно функционируют нужную неделю, а затем рассасываются без побочных эффектов. Мы сделали сначала крошечный стимулятор, позже — растворимую версию размером «с рисовое зернышко».
Какого размера обычные взрослые кардиостимуляторы?
Классические — «коробочка» под кожей слева на груди, с одним-двумя электродами через вены в сердце; она порядка нескольких сантиметров. Есть новое поколение — «беспроводные» (leadless), когда весь прибор устанавливается прямо в полость сердца; они размером примерно с AAA батарейку. Технология активно тестируется, вопросы — о сроке службы и что делать, когда закончится заряд, ведь извлечение устройства, приросшего соединительной тканью, не тривиально.
На какой стадии ваш мини-стимулятор?
Мы опубликовали несколько статей, протестировали на мелких животных (работает, растворяется, нет воспаления), затем на собаках и свиньях. Сейчас разрабатываем версию для людей и готовим клинические испытания: педиатрические пациенты после операций и взрослые после вмешательств на клапанах, коронарного шунтирования и т. п., где также нужна временная стимуляция.
Сколько времени от старта разработки до клиники?
Зависит от инвазивности. Если прибор не проникает в тело, путь короче. Имплантируемым устройствам нужны доклинические испытания, далее — клиника; это годы и большие деньги. Мы рассчитываем ускориться за счёт материалов с уже подтверждённой биосовместимостью — например, рассасывающиеся хирургические нити, биоразлагаемые компоненты, применявшиеся в других устройствах. Но в целом это вряд ли меньше трёх лет, скорее пять и больше.
Что вам лично интереснее: идея, разработка или внедрение?
Я учёный — люблю разработку. Но видеть, как это реально работает у пациентов, — ничто не заменит. У нас были и другие детские устройства: мы дошли до успешных клинических испытаний, наш стартап приобрела компания, которая ведёт дальнейшую реализацию.
Что в вашей междисциплинарной области — самое захватывающее?
Когда из физической или инженерной идеи рождается терапия или диагностика, спасающая жизни миллионов. Вспомните рентген: случайное наблюдение — и мгновенная революция в медицине. Такие вещи вдохновляют.
Были у вас «случайные открытия»?
Такое происходит постоянно: по дороге к одной цели находишь новое. Одна из моих ранних работ конца 1990-х — мы разобрались, как смертельная желудочковая аритмия может запускаться электрическим разрядом, и это привело к более безопасным методикам.
На ваш взгляд, какие технологии изменят кардиологию в ближайшие годы?
Две большие волны. Первая — искусственный интеллект. Вторая — новые электронные технологии интерфейсов с мозгом, сердцем, мышцами. Мы говорим не только о «компьютер-мозг», но и о киберфизиологии органов: носимые и имплантируемые системы, усиливающие функцию или компенсирующие болезнь, вплоть до замедления старения. Материаловедение наконец дало нам инструменты, чтобы это стало медициной.
Это уже реальность или вопрос десятилетий?
Уже реальность. Пример — «умные» системы для диабета: датчик и насос поддерживают уровень глюкозы автоматически. Есть носимые сенсоры для спортсменов, считывающие электролиты в поте и предотвращающие внезапные смерти на пробежке. Таких приборов всё больше — и в разработке, и в практике.
Этический вопрос: «радикальное продление жизни» — благо или риск?
Вечная жизнь — миф, но прогресс реален. Если сравнить 1950-е и сегодня, смертность от сердечно-сосудистых причин снизилась примерно на 70%, от инсульта — на 80%. Это резко увеличило продолжительность жизни. В онкологии успехи меньше, но и в кардиологии ещё много работы: сердце всё ещё причина смертности №1. Снижать смертность — точно благо.
Вы оптимист в отношении будущего науки?
Быть оптимистом в наше время непросто. Исторически ни одна страна не лидировала в науке больше столетия. Сейчас США сильны, но на университеты и их финансирование идут атаки — лидерство может уйти. Китай уже обогнал США по объёму научного финансирования и доминирует в ряде рейтингов по публикациям; из американских «топов» держится буквально горстка. Это тревожный сигнал.
Кроме науки вы преподаёте и редактируете научный журнал?
Да. В США деятельность профессора оценивают по трём критериям: наука, преподавание, сервис (работа на университет и научное сообщество). Я много лет преподаю инженерию сердечно-сосудистой системы — бакалаврам, магистрам, врачам-кардиологам и физиологам. И уже около пяти лет — главный редактор журнала по инженерным медицинским технологиям. Это нормальная часть профессии.
Преподавание для вас — обязанность или удовольствие?
Важнейшая часть работы. Молодые студенты задают неожиданные вопросы и не дают отрываться от реальности. Умение объяснить сложную науку понятным языком — обязательный навык исследователя. Я люблю преподавать и делаю это почти 30 лет.
Как вы переключаетесь от работы?
Очень люблю Чикаго — я здесь сравнительно недавно, переехал около трёх лет назад из Вашингтона. Лучший отдых — долгие прогулки по набережной озера, по девять миль, два-три раза в неделю.
Какой совет дали бы себе двадцатилетнему?
Делать то же самое: искать себя и новые темы и не гнаться за модой. За мою карьеру «хайпы» приходили и уходили — стволовые клетки, нанотехнологии, сейчас искусственный интеллект. Когда «все бросились», это часто плохой знак для молодого исследователя. Я скептик в отношении обещаний, что ИИ «перевернёт всё». Полезное будет, но без чудес.
Мечта учёного, которую хочется застать при жизни?
Тканевая инженерия сердца, мозга, мышц. Десятилетия попыток вырастить из стволовых клеток полноценные ткани очень медленно, но двигаются. Сегодня мы умеем растить небольшие фрагменты — миллиметры. Возможно, через 20–30 лет это даст клинический результат: замещать повреждённый миокард, ткани мозга после инсульта. Хотелось бы это увидеть.
Что вам важно подчеркнуть нашим читателям?
Важно поддерживать науку. Я только что видел набережную, полную молодых людей, бегущих ради поддержки медицинских исследований в нашем университете. Если мы хотим лучшей жизни и здоровья, нужно поддерживать исследования, университеты и компании, которые превращают идеи в технологии. Иначе прогресса не будет — и наша наука уйдёт туда, где её ценят.