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 18-75-10057

НазваниеРазработка и исследование модификаций поверхности поликапролактоновых нановолокон биологически активными молекулами для терапии трудно заживающих ран при сахарном диабете 2 типа.

РуководительМанахов Антон Михайлович, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2021 - 06.2023

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (30).

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-405 - Регенеративная медицина

Ключевые слованановолокна, поликапролактон, биоинженерные конструкции, плазменная полимеризация, плазма обогащенная тромбоцитами, синдром диабетической стопы, рекомбинантный ангиогенин

Код ГРНТИ76.09.41

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Сахарному диабету 2 типа присвоен статус неинфекционной пандемии XXI века. Осложнения данного заболевания приводят к значимому снижению качества жизни, инвалидизации достаточно молодого, дееспособного населения. Одним из осложнений являются хронические незаживающие раны, приводящие в 50% к ампутациям. Терапия хронических ран является сложной задачей, поскольку данная патология характеризуется многофакторностью гомеостатических нарушений на системном и локальном уровнях. Поэтому терапевтические подходы к лечению синдрома диабетической стопы должны сочетать в себе несколько факторов: поддержку и стимуляцию синтеза естественного внеклеточного матрикса и предохранение его от разрушения металопротеиназами, стимуляцию ангиогенеза и миграцию специализированных типов клеток в зону повреждения. Сочетания этих факторов можно добиться использованием в качестве раневого покрытия полимерных биосовместимых матриц, которые могут быть функционализированы биомолекулами и способствовать адгезии клеток, стимулировать их миграцию, пролиферацию и дифференцировку. Плазма, обогащенная лизатом тромбоцитов (platelet rich plasma, далее PRP), является естественным аутологичным сбалансированным ансамблем факторов роста, компонентов внеклеточного матрикса, цитокинов и протеогликанов. PRP способствует пролиферации, миграции стволовых клеток, привлекая макрофаги в зону повреждения, регулирует цитокиновый фон раны, ограничивая воспаление и способствует росту новых капилляров. Его активно используют в различных областях медицины, в том числе и для терапии хронических незаживающих язв при СД 2 типа. Однако, результаты применения PRP для терапии хронических ран демонстрируют различную эффективность. Возможно, низкая эффективность данной терапии у некоторых больных связана с дисбалансом естественного ансамбля активных факторов PRP. Помимо этого необходимо поддерживать оптимальную влажность и санацию раны, поскольку в большинстве своем они характеризуются гиперэкссудацией, а также наличием бактериальных биопленок. Несмотря на длительный активный поиск высоко эффективных материалов для данной цели, задача до сих пор является не решенной. Данный проект посвящен разработке и исследованию модифицированных поликапролактоновых нановолокон при помощи плазменной полимеризации для иммобилизации композиционного состава PRP терапии трудно заживающих ран при сахарном диабете 2 типа с дополнительным использование гиперабсорционного слоя для оптимизации влажности раны. Известно, что в крови при СД2 типа накапливаются токсические соединения, малоновый ангидрид, пероксинитриты, окисленные липиды. С другой стороны, в составе естественного коктейля содержатся многочисленные цитокины, белки внеклеточного матрикса и ростовые факторы, необходимые для успешной регенерации. В основном перечисленные соединения имею белковую природу, т.е. содержат в своем составе NH2 группы, которые можно присоединить к COOН группам поверхности нановолокна. В свою очередь токсические соединения представляют собой альдегиды, нитриты не связывающиеся с ними. Соответственно одной из задач данного проекта является определение молекул, иммобилизованных на нановолокнах, наиболее активно использующие в регенерации. Таким образом используя данный подход планируется разработать нановолокна, содержащие высокоактивные аутологичные белковые факторы, без высокотоксичных соединений. Данный проект позволяет разрабатывать персонифицированный продукт, при использовании аутологичного материала, причем доступном даже в условиях поликлиники. Наша научная группа продемонстрировала высокие научные достижения в вопросе изучения иммобилизации биомолекул и исследованию свойств плазменных покрытий на пролиферацию клеток на поверхности нановолокон. Мы открыли новые эффекты влияющие на эффективность модифицированных нановолокон (например влияние тонкой структуры нанопокрытия на волокнах при абсолютно идентичной химии поверхности) и необходимы дальнейшие исследования процесса заживления ран с применением оптимизированных материалов. Совместная плодотворная работа позволит создать новейшие уникальные нанокомпозитные материалы для биомедицинского применения.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения настоящего проекта ожидается получить усовершенствованные нанокомпозитные биосовместимые матрицы с дополнительным верхним слоем суперабсорбируещего полимера, используя инновационные технологии: электроформование (электроспининг) и плазменное осаждение функциональных покрытий с СООН группами и их химическая модификация. Нами уже было показано что данные композиты будут иметь повышенную способность к адгезии клеток, и «тонкая» подстройка параметров химии и морфологии покрытий может оказывать существенное влияние на активность клеток. Мы детально оценим как структура (морфология) покрытий на нановолокнах влияет на заживление раны in vivo. Мы уже открыли новые эффекты, влияющие на эффективность модифицированных нановолокон и необходимы дальнейшие исследования процесса заживления ран с применением оптимизированных материалов. Высокая цитируемость наших публикации подтверждает мировой уровень, актуальность работы и новизну нашего подхода. Более того, мы показали существенный вклад иммобилизации PRP на ускорение пролиферации клеток и снижение апоптоза, заживление ран на модели животных с генетически обусловленным сахарным диабетом 2 типа. Однако также в нашей работе было показано, что PRP больных сахарным диабетом в 37,5% случаях оказывают цитотоксическое действие при добавлении в питательную среду. Однако при иммобилизации PRP на модифицированные нановолокна токсичность значимо снижается, но при этом повышается ее стимулирующая активность на клетки. Мы предполагаем, что это следствие избирательности связи с поверхностью полимерного слоя, т.е. присоединяются только белковые молекулы, при этом токсические вещества удается удалить. Данный эффект не изучен и имеет как фундаментальную, так и прикладную значимость. Мы проанализируем какие молекулы PRP, наиболее значимые для регенерации, иммобилизуются и выделяются в среду с поверхности нановолокон. В результате будет проведен анализ веществ, иммобилизовавшихся на матрице, входящих в состав PRP. Это, в свою очередь позволит перейти к персонализированной медицине за счет учета и последующего добавления недостающих компонентов в PRP больных, иммобилизованной на нановолокнах (аpoA1, ангиогенина, фибронектина, фибриногена, протеогликанов, плазминогена, ингибиторов протеаз и металлопротеаз). Для адекватной оценки эффективности разрабатываемых и исследуемых нановолокон в системе in vivo будет оптимизирована и использована модель хронических ран на мышиной линии с генетически обусловленным сахарным диабетом. Предполагается, что данная модель будет характеризовать повышенным формированием экссудата, нарушением миграции иммунных клеток и повышенным оксидативным стрессом за счет блокировки антиоксидантных ферментов. Также за счет хронизации, повышенной влажности предполагается, что данная модель будет характеризоваться наличием биопленок, сформированных из заселяющих кожу бактерий. Также будет проведен анализ содержания оксида азота в плазмах обогащенных тромбоцитами больных СД2 типа и взаимосвязь данных с их влиянием на секрецию оксида азота эндотелиальными клетками. Оксиду азота уделяется особое внимание, поскольку эта молекула играет важную роль как для заживления ран, так и для борьбы с пленкообразующими бактериями без применения антибиотиков. В конечном итоге будет представлен оптимальный метод плазменного осаждения покрытий содержащие высокую концентрацию СООН групп на нановолокнах поликапролактона (PCL) и проверена стабильность и технологичность такой модификации. В результате комплексных исследований будут оценены физико-химические свойства и биодоступность полученных матриц. Исследования с применением различных белковых компонентов, используемых для модификации поверхности PCL-COOH нановолокон, позволят рекомендовать эти матрицы как мультифункциональные скаффолды за счет повышения их биодоступности и разнонаправленной функциональной активности этих PCL-COOH матриц. Таким образом, предполагается, что внедрение повязок на основе плазменно-модифицированного поликапролактона, содержащего рекомбинантные ангиогенин, ApoA1, аутологичную PRP и другие активные биомолекулы в клиническую практику, позволит значительно снизить стоимость лечения, сократить его сроки и повысить качество жизни больных при нейропатических, ишемических язвенных дефектах у больных с синдромом диабетической стопы. Важно отметить, что в рамках этого проекта мы планируем получать, модифицировать и исследовать материалы полностью в РФ используя оборудование в отечественных лабораториях и планируемую к приобретению установку электроспининга. Все полученные в результате исследования данные будут доложены на российских и международных научных конференциях, таких как: European Material Research Society Meeting EMRS 2022, Plasma Surface and Engineering (PSE2022). Полученные результаты планируется опубликовать в серии статей в ведущих международных журналах в первом квартиле, таких как Applied Surface Science (Импакт Фактор 6.18), Materials and Design (Импакт Факто 6.29), Scientific Reports (Импакт Фактор 4.0), Diabetologia (Импакт Фактор 7.5)

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---