Валентин Попов: «Половина удовольствия от науки — это работа с молодежью»
В мае 2025 года были подведены итоги 2-го конкурса проектов ведущих и молодых ученых государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус». Один из победителей — Валентин Леонидович Попов, ученый, внесший вклад в развитие контактной механики, физики трения, нанотехнологий и регенеративной медицины. Его проект в Сириусе будет посвящен оптимизации клеточных процессов в суставных тканях с помощью роботизации и применения ИИ. В материале — о том, как эти задачи будут реализовываться, о междисциплинарных исследованиях и профессиональном пути ученого.
Ваш проект, отобранный советом государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус», предусматривает создание лаборатории регенеративной реабилитации суставов. Как будет организована работа и каких ключевых результатов Вы планируете достичь?
Проект состоит из двух этапов. Первый — это создание модели сустава. Есть многочисленные литературные данные о механотрансдукции, то есть о том, как внешние нагрузки влияют на хондроциты, клетки суставов. Механические нагрузки запускают процессы деления хондроцитов, индуцируют их миграцию, синтез внеклеточного матрикса — основной структурной основы хрящевой ткани — или, напротив, могут инициировать его разрушение. Цель этого этапа — выявить параметры нагрузок, способствующие активации процессов регенерации и синтеза матрикса, а также минимизирующие износ и дегенеративные изменения в хрящевой ткани. Иными словами, мы стремимся определить оптимальную программу механического воздействия, обеспечивающую благоприятный клеточный ответ.
Вторая часть проекта направлена на практическую реализацию разработанной оптимальной стратегии нагружения. Для этого служит экзоскелет — роботизированная платформа с сенсорами и актуаторами, которая будет осуществлять сформулированную программу нагружения.
Оптимальная стратегия нагружения зависит от исходного состояния хрящевой ткани, наличия повреждений и динамики восстановительных процессов. Поэтому речь идёт о персонализированной терапии, адаптированной под конкретные особенности каждого пациента и стадию лечения.
В какие сроки Вы планируете получить практические результаты и на каком этапе проект может перейти к клиническому применению?
В первые три года планируется создание модели и формирование базы данных по механизмам механотрансдукции. Параллельно будет разработан и испытан прототип роботизированной платформы для персонализированного нагружения. Что касается клинических испытаний, это уже следующий этап, выходящий за рамки текущего горизонта — для его реализации потребуется дополнительное время и отдельная подготовка.
Как родилась идея научного проекта на стыке биомедицины и трибологии?
На самом деле в этом нет ничего неожиданного: суставы по своей природе — это контактные соединения элементов скелетной структуры. Здесь возникают классические задачи трибологии — трение, износ, контактные напряжения, температурные эффекты. Всё это — сфера изучения трибологии, науки о взаимодействии поверхностей. Поэтому объединение биомедицины и трибологии — это не столько новое направление, сколько естественное продолжение логики контактной механики, перенесённой в биологическую систему.
Есть конечно и отличия от пассивных систем. Кости и суставы – это живые системы и в них механические воздействия приводят не только к износу, но и к росту, запуску регенеративных процессов. Без нагрузки хрящь дегенерирует, потому что доставка питательных веществ и кислорода и удаление продуктов отхода просиходит благодаря прокачке синовиальной жидкости через хрящь. С другой стороны механические нагрузки запускают процессы роста и регенерации, либо же, напротив, дегенерации и апоптоза (активой гибели клеток). Весь вопрос в оптимизации механичесой нагрузки.
С чего началось Ваше исследование трибологических процессов в организме человека? И в чём, на Ваш взгляд, заключается актуальность этого направления сегодня?
Основным толчком к исследованиям в области трибологии биологических систем стало моё знакомство в 2016 году с коллегами из лаборатории биомеханики Севастопольского государственного университета. Тогда же началось обсуждение ключевых вопросов контактной механики применительно к коленному и тазобедренному суставам. В 2017 году мы инициировали создание международного консорциума, который я обозначил как работающий в направлении «активной биоконтактной механики». С 2018 года мы систематически развиваем это направление, шаг за шагом углубляя исследования.
Актуальность темы обусловлена растущей потребностью в понимании биомеханики суставов, особенно в условиях старения населения, увеличения числа эндопротезирований и стремления к индивидуализированной медицине. Трибология позволяет глубже понять процессы износа, трения и смазки в живых тканях, что критически важно как для диагностики, так и для разработки новых материалов и технологий в ортопедии и биомедицинской инженерии.
Ваш проект посвящен разработке персонализированных методов терапии остеоартроза — одного из самых распространённых заболеваний суставов, которым страдают около 70% взрослого населения. В 2020 году число случаев превысило 595 миллионов, с ростом более чем на 130% с 1990 года. Как Вы объясняете такую динамику?
Стремительный рост числа случаев остеоартроза во многом связан с образом жизни современного человека. Один из ключевых факторов — малоподвижность. Сидячая работа, длительное пребывание за компьютером, снижение общего уровня физической активности — всё это приводит к ряду неблагоприятных последствий для суставно-мышечной системы.
Во-первых, при недостаточном движении ухудшается питание суставных тканей. Суставы не имеют собственного кровоснабжения, и их питание во многом обеспечивается за счёт движения — именно при нагрузке происходит «прокачка» синовиальной жидкости. Во-вторых, мышцы и связки адаптируются к укороченному, нефункциональному состоянию. Пример — длительное сидение, при котором тазобедренный и коленный суставы находятся в согнутом положении.
Такая адаптация приводит к тому, что даже при повседневной активности суставы работают в условиях хронического напряжения. Это увеличивает трение, износ хрящевой ткани и выделение тепла, что в долгосрочной перспективе провоцирует развитие воспалительных и дегенеративных изменений — то есть остеоартроза.
Современная цивилизация подарила нам комфорт, но за это мы расплачиваемся снижением двигательной активности. Именно поэтому остеоартроз сегодня — не только медицинская, но и социальная проблема.
Расскажите про команду Вашего проекта. Какой должен быть научный коллектив, чтобы реализовать такие амбициозные задачи?
В реализации проекта задействована междисциплинарная команда. С российской стороны ключевыми партнёрами являются коллеги из Севастопольского государственного университета, обладающие многолетним опытом в области биомеханики и разработки ортопедических конструкций. В рамках проекта они отвечают за создание моделей, описывающих поведение суставных тканей под нагрузкой.
С 2016 года мы сформировали международный научный консорциум, в который входят партнёры из Университета Цинхуа (Китай), Чанчуньского университета науки и технологий, Йокогамского национального университета (Япония), Университета Салерно (Италия), а также российские исследовательские центры. Каждое из этих учреждений отвечает за отдельные научные блоки — от молекулярного анализа до инженерных решений.
В проект активно вовлекаются молодые исследователи: планируется участие трёх аспирантов и пяти студентов. Работа с молодёжью — неотъемлемая часть научной деятельности и, без преувеличения, одна из её самых вдохновляющих сторон.
География Вашей научной деятельности обширна — Вы работали в разных городах России, а также в Германии. Расскажите, как Вы попали в немецкий исследовательский институт и каким образом накопленный международный опыт влияет на реализацию проекта, которым Вы сейчас руководите в Сириусе?
В Германию я попал во многом благодаря знанию языка — с детства свободно владею немецким, так как окончил томскую школу №6 с преподаванием ряда предметов на немецком языке. Это позволило мне сразу включиться в академическую среду и начать читать лекции. Формально я поехал как стипендиат Фонда Александра фон Гумбольдта, но практически с первых дней оказался активно вовлечён в преподавательскую деятельность.
Что касается проекта в Сириусе, важным аспектом для меня была возможность прямого взаимодействия с талантливой молодёжью — как с молодыми исследователями, так и с одарёнными школьниками. Сириус знаменит своими образовательными программами для школьников. Общение с ними — это одновременно и польза и удовольствие, и уж точно один из важнейших источников вдохновения.
Кроме того, важную роль сыграла территориальная близость к нашим партнёрам из Севастопольского государственного университета, с которыми нас связывает многолетнее сотрудничество. Ну и конечно, уникальные условия в Сириусе: современная инфраструктура, междисциплинарная среда плюс черноморское побережье, благоприятный климат, комфортные условия для жизни и работы — все это немаловажные факторы для продуктивной работы.
Как Вы считаете, в чем разница в организации научно-образовательной деятельности за рубежом, в частности в Германии, где вы работаете, и в России?
Различия в образовательных системах действительно существенные. В Германии обучение построено гораздо гибче: нет жёсткой привязки к кафедрам, учебным группам или установленным срокам получения диплома. Каждый студент формирует свою образовательную траекторию самостоятельно, исходя из интересов, расписания и параллельной занятости — поэтому учебный процесс может занимать больше времени и требует гораздо большей ответственности и самоорганизации. Другая сторона этой же медали – большое количество студентов, страдающих депрессиями – тех, которые не справились с этой свободой.
Ключевую роль играет законодательство о студенческих ставках, которое позволяет студентам официально работать — в промышленности, в исследовательских проектах, а также принимать участие в образовательном процессе, например, в роли тьюторов для младших курсов. Эта практическая вовлечённость в реальную работу с лихвой компенсирует академичность и теоретическую направленность немецкого высшего образования.
Я руковожу несколькими программами двойного диплома Берлинского технического университета с российскими, китайскими и многими другими университетами. Немецкие студенты, окончившие такую двойную программу с Томским политехническим университетом говорят, что им очень нравится доступность профессоров. В Германии профессор – это что-то очень далекое; немецкие студенты не имеют реальной возможности общаться с профессорами, кроме как слушать их на лекции.
Каждая образовательная система имеет свои особенности и преимущества. Я перенес на немецкую почву многие особенности российской системы образования, например, такую простую вещь как экзаменационные вопросы. Их в Германии нет. Приходишь на экзамен и не знаешь о чем тебя будут спрашивать. Поэтому моя "инновация" была и остается очень популярной у немецких студентов.
