Цифровые технологии изучения лимфатической системы мозга и его оболочек: интерактивный 3D атлас

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 21-75-10088

НазваниеЦифровые технологии изучения лимфатической системы мозга и его оболочек: интерактивный 3D атлас

Руководитель Наволокин Никита Александрович, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-102 - Патологическая анатомия, патологическая физиология

Ключевые слова Лимфатическая система мозга и его оболочек, 3D атлас, цифровые и интерактивные технологии.

Код ГРНТИ34.39.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Лимфатическая система оболочек мозга была открыта всего 6 лет назад в независимых исследованиях американской и финской научных групп (Nature 523, 337–341 (2015). https://doi.org/10.1038/nature14432; J Exp Med (2015) 212 (7): 991–999. https://doi.org/10.1084/jem.20142290). Данное открытие явилось переворотным событием в нейронауке, кардинально меняя научные концепции о дренажных и иммунных процессах в центральной нервной системе (ЦНС). Наша российская научная группа провела пионерские исследования по открытию лимфатических сосудов непосредственно в тканях мозга (Рисунок 1 в дополнительном материале), а также заложила основу разработке цифровых и интерактивных технологий прижизненного изучения функций церебральных и менингеальных лимфатических сосудов (Патент РФ 2703393; IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 27, no. 4, pp. 1-13, 2021, no. 7400313, doi: 10.1109/JSTQE.2020.3045834: Int. J. Mol. Sci. 2020, 21(17), 6293; https://doi.org/10.3390/ijms21176293; Biomedical Optics Express Vol. 11, Issue 2, pp. 725-734 (2020) •https://doi.org/10.1364/BOE.383390; Biomedical Optics Express. 10(8): 4003–4017 doi.org/10.1364/BOE.10.004003 (2019); J Biophotonics. 2018 11(8):e201700287. doi: 10.1002/jbio.201700287). Открытие лимфатических сосудов в тканях мозга ставит точку в догме об отсутствии лимфатической сети в ЦНС, а также меняет акценты в доминирующей сегодня глимфатической теории, возникшей как заполнение пробела в знаниях о лимфатических сосудах мозга и механизмах выведения метаболитов из ЦНС. Появление нового игрока на арене иммунных и дренажных механизмов мозга требует разработки детального описания и систематизации знаний в анатомии лимфатических сосудов и их физиологии. Проект будет направлен на разработку 3D атласа лимфатической системы мозга и его оболочек человека и мышей во всех возрастных группах с демонстрацией функций церебральных и менингеальных лимфатических сосудов в зависимости от возраста и физиологического состояния (сон-бодрствование). 3D атлас будет являться первым в мире систематизированным научным ресурсом по лимфатической сети в ЦНС, разработанный с применением цифровых и интерактивных технологий создания мультимедийных объектов, виртуальной реальности, трёхмерной компьютерной графики и машинного обучения. Проект соответствует требованиям Правительства РФ по развитию приоритетного направления «Цифровые технологии в здравоохранении»: https://edu.innopolis.university/it2ed; https://www.youtube.com/watch?v=lrpnuaOxpCA. Для достижения поставленной цели будут проведены исследования по изучению морфо- и ультраструктуры лимфососудов ЦНС человека и мышей разного возраста. Будут созданы уникальные технологии прижизненного изучения у мышей лимфодренажной функции мозга на основе применения мультифотонной микроскопии, оптической когерентной томографии, оптических технологий просветления черепа, разработки телеметрических методов одновременного мониторинга внутричерепного давления и электрической активности мозга. Будут разработаны технологии нелинейного анализа лимфодренажной функции мозга с применением методов машинного обучения для систематизации большого массива данных. Будут созданы мультимедийные и графические изображения лимфатической сети в виртуальной реальности и в трёхмерной компьютерной графике. Продуктом выполнения проекта будет первый в мире 3D интерактивный атлас по анатомии и физиологии лимфатической сети ЦНС на веб-ресурсе и адаптированной для сотовых телефонов. Создание данного продукта будет являться информативной базой и навигацией как для успешного развития новых направлений в изучении функций лимфатической сети ЦНС, в частности, в процессах выведения метаболитов, токсинов из тканей мозга, так и для понимания ее роли в развитии нейродегенеративных патологий, нейроонкологии, нейроиммунологии, а также для развития прорывных технологий управления лимфодренажными механизмами в ЦНС. Появление инновационных технологий управления лимфодренажными процессами мозга будет способствовать появлению принципиально новых брендов на международном рынке медицинской продукции, что укрепит позиции российских ученых в этой отрасли. Это также будет способствовать повышению качества медицинской помощи населению и снижению затрат отечественной экономики на лечение пациентов с заболеваниями мозга, ассоциированными с нарушением лимфодренажных механизмов, например, после развития интракраниальных геморрагий у новорожденных (Известия: https://iz.ru/1129043/2021-02-24/saratovskie-uchenye-pridumali-sposob-lecheniia-travm-mozga-u-novorozhdennykh).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Оксана Семячкина-Глушковская, Александр Хороводов, Иван Федосов, Алексей Павлов, Александр Широков, Али Эсмат Шариф, Александр Дубровский, Инна Блохина, Андрей Терсков, Никита Наволокин и др. A Novel Method to Stimulate Lymphatic Clearance of Beta-Amyloid from Mouse Brain Using Noninvasive Music-Induced Opening of the Blood–Brain Barrier with EEG Markers Applied Science, 2021, 11(21), 10287 (год публикации - 2021)
10.3390/app112110287

2. Оксана Семячкина-Глушковская, Инна Блохина, Никита Наволокин, Арина Евсюкова, Георгий Карандин, Александр Хороводов и др. GB20 Pharmacopuncture As a Potential Method for Brain Drug Delivery via the Perivascular Spaces Journal of Acupuncture and Meridian Studies, 2022;15(1):43-49 (год публикации - 2021)
10.51507/j.jams.2022.15.1.43

3. Оксана Семячкина-Глушковская, Томас Пензель, Никита Наволокин и др. Night Photostimulation of Clearance of Beta-Amyloid from Mouse Brain: New Strategies in Preventing Alzheimer’s Disease Cells, 2021, 10, 3289 (год публикации - 2021)
10.3390/cells10123289

4. Oxana Semyachkina-Glushkovskaya, Sergey Diduk, Nikita Vavolokin et al. Photomodulation of lymphatic delivery of bevacizumab to the brain: the role of singlet oxygen Advances in Experimental Medicine and Biology (год публикации - 2022)

5. Семячкина-Глушковская О., Дидук С., Хороводов А., Широков А., Федосов И., Дубровский А., Блохина И., Терсков А., Наволокин Н., Евсукова А., Еловенко Д., Адушкина В., Куртс Ю. Music improves the therapeutic effects of bevacizumab in rats with glioblastoma: Modulation of drug distribution to the brain Frontiers in Oncology, Front. Oncol. 12:1010188. doi: 10.3389/fonc.2022.1010188 (год публикации - 2022)
10.3389/fonc.2022.1010188

6. Семячкина-Глушковская О.; Терсков, А .; Хороводов, А .; Тельнова, В.; Блохина И.; Саранцева, Э.; Куртц Ю. Photodynamic Opening of the Blood–Brain Barrier and the Meningeal Lymphatic System: The New Niche in Immunotherapy for Brain Tumors Pharmaceutics, 2022, 14, 2612. (год публикации - 2022)
10.3390/pharmaceutics14122612

7. Оксана Семячкина-Глушковская, Сергей Дидук, Ерошова Анна, Досадина Элина и др. Photomodulation of lymphatic delivery of bevacizumab to the brain: the role of singlet oxygen Advances in Experimental Medicine and Biology (год публикации - 2022)

8. О.В. Семячкина-Глушковская, Д.Э. Постнов, А.П. Хороводов, Н.А. Наволокин, Ю.Г.Г. Куртц Лимфодренажная система мозга: новый игрок в нейронауке Журнал эволюционной биохимии и физиологии (год публикации - 2022)

9. Тельнова В.В., Дубровский А.И., Терсков А.В., Цвен А.С., Семячкина-Глушковская О.В., Тучин В.В. Photodynamic Therapy of Brain Diseases. Advances in Brain Imaging Techniques. Springer, Singapore., In: Mazumder, N., Gangadharan, G., Kistenev, Y.V. (eds) Advances in Brain Imaging Techniques. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-19-1352-5_8 (год публикации - 2022)

10. Оксана Семячкина-Глушковская, Сергей Соколовский, Иван Федосов, Александр Широков, Никита Наволокин и др. Transcranial photosensitiser-free laser treatment of glioblastoma in rat brain International Journal of Molecular Science, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 13696. (год публикации - 2023)
10.3390/ijms241813696

11. Оксана Семячкина-Глушковская, Константин Сергеев, Надежда Семенова... Дарья Златогорская, Виктория Адушкина...Дмитрий Мягков Machine learning technology for EEG-forecast of the blood-brain barrier leakage and the activation of brain’s drainage system during isoflurane anesthesia Biomolecules, 2023. 13, 1605 (год публикации - 2023)
10.3390/biom13111605

12. Семячкина-Глушковская Оксана, Еловенко Дарья, Александр Дубровский, Адушкина Виктория и др. Mechanisms of phototherapy of Alzheimer’s disease during sleep and wakefulness: the role of the meningeal lymphatics Frontiers of Optoelectronics, 16, 22 (2023) (год публикации - 2023)
10.1007/s12200-023-00080-5

13. Оксана Семячкина-Глушковская, Денис Брагин, Иван Федосов, Инна Блохина, Александр Хороводов, Андрей Терсков, Александр Широков, Александр Дубровский, Валерия Винник, Арина Евсюкова, Дарья Еловенко, Виктория Адушкина и др. Mechanisms of Photostimulation of Brain’s Waste Disposal System: The Role of Singlet Oxygen Advances in experimental medicine and biology, Adv Exp Med Biol. 2023;1438:45-50 (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-42003-0_8

14. Инна Блохиба, Виктория Адушкина, Дарья Златогорская... Никита Наволокин Method for real-time optical brain monitoring in freely moving mice during wakefulness and natural sleep a Special Issue “Neuro-Sleep as a Complex Systems” in The European Physical Journal: Special Topics, Eur. Phys. J. Spec. Top. (2024) (год публикации - 2023)
10.1140/epjs/s11734-023-01081-3

Публикации