Тканеинженерная терапия черепномозговой травмы с использованием биомиметических конструкций – визуализация нейрорепаративных процессов in vitro и in vivo

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-15-01487

НазваниеТканеинженерная терапия черепномозговой травмы с использованием биомиметических конструкций – визуализация нейрорепаративных процессов in vitro и in vivo

Руководитель Пинелис Всеволод Григорьевич, Доктор медицинских наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр здоровья детей" Министерства здравоохранения Российской Федерации , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова Нейронные сети, первичные культуры нервных клеток мозга, структурированные гидрогели, скаффолды, флуоресцентный и широкопольный имиджинг, метаболическая активность, визуализация кальциевого гомеостаза, флуоресцентные зонды и белки, двухфотонная полимеризация, регенеративная терапия, повреждения головного мозга

Код ГРНТИ76.03.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на исследование процессов репарации тканей головного мозга мышей при его повреждении, протекающих при использовании биомиметических тканеинженерных конструкций на основе биодеградируемых гидрогелей. Для реализации проекта была создана рабочая группа исследователей, специализирующихся в области изучения механизмов повреждения нейронов и формирования биомиметических тканеинженерных конструкций. Актуальность и научная значимость решения задач проекта, связанных с изучением механизмов развития нейрорепаративных процессов и эффективности методов нейротрансплантации, определяется растущим числом заболеваний головного мозга нейродегенеративной природы, нарушений мозгового кровообращения, а также последствий травмы мозга, приводящих к физической, психической инвалидизации и социальной дезадаптации. Одним из наиболее перспективных направлений решения проблемы восстановления морфо-функциональных характеристик нервной ткани при ее повреждении является применение биомиметических подходов, когда в очаг повреждения вводится искусственная биодеградируемая гидрогелевая структура, структурно имитирующая внеклеточный матрикс и являющаяся дополнительно носителем аутологичных прогениторных клеток. Такие структуры (или скаффолды) призваны выполнять следующие задачи: 1. Способствовать аккумуляции клеток в очаге поражения, их пролиферации и дифференциации в нейроны, формированию нейронных сетей; 2. Обеспечивать доставку факторов роста, питательных веществ и кислорода; 3. Обеспечивать оптимальную механическую и биологическую среду для регенерации тканей по определенному пути. В проекте будет применен комплексный подход к изучению формирования нейронных сетей из клеток, культивированных в объеме структурированных гидрогелевых скаффолдов с целью последующей пересадки в поврежденный мозг мыши для установления закономерностей репарации поврежденных участков коры больших полушарий. Первой задачей в рамках выбранного научного приоритета в данном проекте является разработка биомиметических конструкций на основе структурированных гидрогелевых скаффолдов, выполняющих роль межклеточного матрикса и служащих основой для формирования нейронных сетей из культивированных клеток коры головного мозга мышей и трансформированных в нейроны стволовых клеток из обонятельного эпителия мышей. Второй задачей является оценка функциональной активности нейронов, полученных из коры головного мозга мышей и трансформированных в нейроны клеток из обонятельного эпителия мышей, в разработанных конструкциях методами оптической микроскопии с использованием синтетических флуоресцентных зондов и белков на разных стадиях развития сети, а также локальных нарушений функциональной активности в ответ на введение различных концентраций нейромедиаторов, нейротрофических факторов и цитокинов - глутамата, TNF1α и BDNF. В рамках проекта предполагается разработать методы контроля за рядом физиологических процессов: рост нейро-глиальной сети, функциональное состояние митохондрий в клетках, синтез АТФ, кальциевый гомеостаз, гликолиз, созревание нейронного маркера βIII-тубулина и пресинаптического маркера синаптофизина. Необходимо, чтобы нейронные сети, развившиеся в скаффолде, сохраняли свою функциональную активность (кальциевый и митохондриальный ответы на воздействие нейромедиаторов) в контроле и поддерживали стабильную работоспособность после трансплантации в организм реципиента. В связи с этим третьим направлением работ в рамках предложенного проекта будет изучение особенностей интеграции экспериментальных тканеинженерных конструкций в структуру головного мозга мышей и долговременное (динамическое) исследование поверхности мозга, содержащей имплантированную структуру. Для этого будет использован метод широкопольного имиджинга для визуализации в режиме реального времени кровообращения и кальциевого гомеостаза контрольных и трансгенных, экспрессирующих кальций-чувствительный белок мышей. Технические возможности исследовательского коллектива позволяют осуществлять регистрацию кальциевого гомеостаза в поверхностных слоях коры больших полушарий головного мозга живой неанестезированной мыши в режиме реального времени. Путем оцифровки флуоресцентных изображений, полученных на разных этапах процесса репарации с помощью широкопольного оптического имджинга, станет возможным установление основных закономерностей процессов, протекающих в тканях головного мозга в период восстановления их целостности. Визуализация оптических сигналов поверхностных слоев поврежденных и контрольных участков коры мозга позволит оценить эффективность репаративных процессов поврежденных участков, включающих скаффолды с предварительно выращенными в них нейронными сетями. Характер и степень репарации будет сопоставляться с поведением животных в тестах, характеризующих когнитивную функцию. Прикладным направлением работ в рамках предложенного проекта будет разработка новых подходов к формированию тканеинженерных конструкций для восстановления функционирования поврежденных нейронных сетей головного мозга. В основу разработок будет положен принцип формирования нейронных сетей in vitro на материале-носителе (скаффолде), обладающем механическими характеристиками, близкими к ткани головного мозга и свойством контролируемой биодеградируемости, обеспечивающим эффективное замещение трансплантата новообразованными тканями реципиента. Подбор нетоксичных мономеров для создания скаффолда обеспечит биосовместимость материала в результате биодеградации с участием специфических ферментов и биологических жидкостей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ивукина Е.А., Истранов Л.П., Истранова Е.В., Чурбанов С.Н., Шавкута Б.С., Шехтер А.Б., Загайнова Е.В. , Рочев Ю.А., Тимашев П.С. Ксенопротезы на основе децеллюляризированных бычьих перикардов для тканеинженерной реконструкции внутренних выстилок с регулируемыми биомеханическими и функциональными свойствами Гены и клетки, №3,Том XII, 2017, C 105 (год публикации - 2017)

2. Пинелис В.Г, Сорокина Е.Г., Арсеньева Е.Н., Сурин А.М., Семенова Ж.Б., Карасева О.В., Реутов В.П., Рошаль Л.М. BLOOD biomarkers of excitotoxicity in children with traumatic brain injury Proceeding of Society for neuroscience, 47 annual meeting , Washington, November, 10-15, 2017, Session 394 - Traumatic Brain Injury: Human Studies II 394.18 / CC28 (год публикации - 2017)

3. О.Ю. Лисина, А.А. Московцев, А.А. Кубатиев, А.М. Сурин ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЙ МОРФОЛОГИИ НЕЙРОНАЛЬНОЙ СЕТИ И РАЗВИТИЯ МИТОХОНДРИЙ В МЕХАНИЧЕСКИ ПОВРЕЖДЕННОЙ ПЕРВИЧНОЙ КУЛЬТУРЕ НЕЙРОНОВ Патологическая физиология и экспериментальная терапия (год публикации - 2018)

4. Гребеник Е., Гринченко М., Чурбанов С., Минаев Н., Мельников П., Баграташвили В., Рочев Ю., Тимашев П. Mechanoinducing scaffolds with multi-layered biointerface Sovremennye tehnologii v medicine (год публикации - 2018)

Публикации

1. Бардакова К. Н., Демина Т. С., Гребеник Е. А., Минаев Н. В., Акопова Т. А., Баграташвили В. Н., Тимашев П. С. 3D printing biodegradable scaffolds with chitosan materials for tissue engineering IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018 г., т. 347, №. 1, с. 012009 (год публикации - 2018)
10.1088/1757-899X/347/1/012009

2. Корнев В. А., Гребеник Е. А., Соловьева А. Б., Дмитриев Р. И., Тимашев П. С. Hydrogel-assisted neuroregeneration approaches towards brain injurytherapy: A state-of-the-art review Computational and Structural Biotechnology Journal, № 16, 2018 г., с. 488-502 (год публикации - 2018)
10.1016/j.csbj.2018.10.011

3. Гребеник Е. А., Гринченко В. Д., Чурбанов С. Н., Минаев Н. В., Шавкута Б. С., Мельников П. А., Бутнару Д. В., Рочев Ю. А., Баграташвили В. Н., Тимашев П. С. Osteoinducing scaffolds with multi-layered biointerface Biomedical Materials, 2018 г., т. 13, № 5, с. 054103 (год публикации - 2018)
10.1088/1748-605X/aac4cb

4. Бардакова К.Н., Гребеник Е.А., Пинелис В.Г., Тимашев П.С. Структурирование трехмерных матриксов и модификация их характеристик для формирования тканеинженерных конструкций Гены & Клетки, Приложение, № 1, 2018 г., с. 45-46 (год публикации - 2018)

5. Лисина О.Ю., Московцев А.А., Кубатиев А.А., Сурин А.М. Динамика изменений морфологии нейрональной сети и развития митохондрий в механически поврежденной первичной культуре нейронов Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 2018.- Т62, № 2, С.11-23 (год публикации - 2018)

6. Л.Р. Горбачева, И.А. Помыткин, А.М. Сурин, Е.А. Абрамов, В.Г. Пинелис Астроциты и их роль в патологии центральной нервной системы Российский педиатрический журнал, 2018. Том 21. № 1. 1–64 (год публикации - 2018)
10.18821/1560-9561-2018-21-1-46-53

7. Шарипов Р.Р., Красильникова И.А., Пинелис В.Г., Горбачева Л.Р., Сурин А.М. Исследование механизма сенситизации нейронов к повторному действию глутамата. Биологические мембраны БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2018, том 35, № 5, с. 384–397 (год публикации - 2018)
10.1134/S0233475518040138

8. Красильникова И.А., Бакаева З.В., Пинелис В.Г., Лисина О.Ю., Сурин А.М. Изменения концентрации внутриклеточного кальция и митохондриального потенциала в клетках первичной культуры коры головного мозга крысы при острой механической травме Патогенез (год публикации - 2018)

9. Гребеник (Ивукина) Е.А, Гринченко В.Д., Чурбанов С.Н., Минаев Н.В., Баграташвили В.Н., Рочев Ю.А., Тимашев П.С. Biofunctionanalization of mechanoinducing scaffold with multi-layered cell sheets for the advanced bone tissue engineering Abstracts for V congress of Termis, V Termis congress (год публикации - 2018)

10. Пинелис В., Бакаева Я., Красильникова И., Лисина О., Московцев А., Гринченко В., Зайцева Н., Ивукина Е., Сурин А. Evaluation of secondary injury and glutamate excitotoxicity (neuron viability and [Ca2+]i response) inin vitro model of CNS trauma Vsevolod Pinelis1 ，Zanda Bakaeva Termis V Congress. Abstracts (год публикации - 2018)

11. СОРОКИНА Е.Г. , СЕМЕНОВА Ж.Б., КАРАСЕВА О.В., ГЛОБА О.В., ХМЕЛЬНИЦКИЙ К Е., РЕУТОВ В.П. РОШАЛЬ Л.М., ПИНЕЛИС В.Г. РОЛЬ АУТОИММУННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ГИПОКСИЧЕСКОМ И ТРАВМАТИЧЕСКОМ ПОВРЕЖДЕНИИ МОЗГА У ДЕТЕЙ Информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии. Материалы международной конференции. 2018, Статья в сборнике трудов конференции Год издания: 2018. Страницы: 90-96 (год публикации - 2018)

12. Сорокина Е.Г., Семенова Ж.Б., Карасева О.В., Глоба О.В. Хмельницкий К.Е., Реутов В.П., Рошаль Л.М., Пинелис В.Г. Травматическое и гипоксическое повреждение мозга у детей: аутоиммунный ответ Современные проблемы нейробиологии. Материалы III медународной конференции,г. Ярославль, 4-6 октября 2018 г., Современные проблемы нейробиологии. Материалы III медународной конференции,г. Ярославль, 4-6 октября 2018 г (год публикации - 2018)

Публикации

1. Артюхова М.А., Тюрина Ю.Ю., Чю С.Т., Жарикова Т.М., Баюр Х, Каган В.Е., Тимашев П.С. Interrogating Parkinson's disease associated redox targets: Potential application of CRISPR editing Free Radical Biology and Medicine, V. 144, P. 279-292 (год публикации - 2019)
10.1016/j.freeradbiomed.2019.06.007

2. Ирина Красильникова, Александр Сурин, Елена Сорокина, Андрей Фисенко, Дмитрий Бояркин, Анна Демченко, Игорь Помыткин, Всеволод Пинелис Insulin Protects Cortical Neurons Against Glutamate Excitotoxicity Frontiers in neuroscience, Т. 13. – С. 1027 (год публикации - 2019)
10.3389/fnins.2019.01027

3. Красильникова И.А., Бакаева З.В., Пинелис В.Г., Лисина О.Ю., Сурин А.М Изменения концентрации внутриклеточного кальция и митохондриального потенциала в клетках первичной культуры коры головного мозга крысы при острой механической травме Патологическая физиология и экспериментальная терапия, Т.16, №3, С. 124- 128 (год публикации - 2018)
10.25567/2310-0435.2018.03.124-129

4. Сурин А.М., Красильникова И.А., Лисина О.Ю., Бакаева З.В., Балясин М.В., Шарипов Р.Р., Пинелис В.Г. Изменения внутриклеточного сигналинга и морфология нейрональной сети в первичной культуре клеток коры головного мозга крысы при механической травме Наука, Сборник статей международной конференции "Рецепторы и внутриклеточная сигнализация" Том 1, С. 288-292 (год публикации - 2019)

5. Красильникова И.А., Бакаева З.В., Бояркин Д.П., Помыткин И.А., Пинелис В.Г., Сурин А.М. ВЛИЯНИЕ ИНСУЛИНА НА ИЗМЕНЕНИЯ КАЛЬЦИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА И УРОВЕНЬ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В КУЛЬТИВИРУЕМЫХ КОРКОВЫХ НЕЙРОНАХ ПРИ ГЛУТАМАТНОЙ ЭКСАЙТОТОКСИЧНОСТИ Наука, Доклады международной конференции "Рецепторы и внутриклеточная сигнализация" Т.1, С. 242-248 (год публикации - 2019)

6. Шарипов Р.Р., Красильникова И.А., Горбачева ЛР, Пинелис В.Г., Сурин А.М. РОЛЬ МИТОХОНДРИЙ В РАЗВИТИИ ДИЗРЕГУЛЯЦИИ КАЛЬЦИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА ПРИ ПОВТОРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ТОКСИЧЕСКИХ ДОЗ ГЛУТАМАТА НА НЕЙРОНЫ МОЗГА КРЫСЫ Наука, Статья в сборнике международной конференции "Рецепторы и внутриклеточная сигнализация", Пущино, 05.2019, Т.2, С 677-681 (год публикации - 2019)

7. Пинелис В. Г., Сорокина Е.Г., Семенова Ж.Б., Карасева О.В., Реутов В.П. Рошаль Л.М. Blood biomarkers of excitotoxicity in children with traumatic brain (год публикации - )