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 23-75-30001

НазваниеПилотная технология фотомодуляции иммунной системы мозга животных и человека: инновационные стратегии в терапии болезни Альцгеймера

РуководительСемячкина-Глушковская Оксана Валерьевна, Доктор биологических наук

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

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2026 г.

Конкурс№81 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-701 - Медицинская техника

Ключевые словаФототерапия, лимфатическая система, сон, болезнь Альцгеймера.

Код ГРНТИ34.39.17; 76.13.19

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на разработку пилотной технологии фото-модуляции иммунной системы мозга с целью развития новой стратегии профилактики и терапии болезни Альцгеймера на основе прорывных открытий в области нейроиммунологии и менингеальных лимфососудов (МЛС), а также появления принципиально новых знаний об активации защитных механизмов центральной нервной системы (ЦНС) во время сна. По данным ВОЗ, сегодня в мире деменцией страдают более 50 миллионов человек, количество заболевших с каждым годом увеличивается на 7 миллионов и к 2060 году прогнозируется увеличение втрое данных показателей, если не будет найдено успешное лечение данного заболевания. Однако, сегодня нет методов для профилактики и лечении недуга. До сих пор достоверно неизвестно, что является причиной развития болезни Альцгеймера. Многие годы в этом «обвиняли» бета-амилоид. Однако, многолетние попытки лечения патологии за счет снижения его накопления в тканях мозга показали, что это не работает. Открытие МЛС и понимание их роли в иммунных коммуникациях между мозгом и периферией стало новой эрой в появлении многообещающих стратегий в терапии болезни Альцгеймера. Показано, что лечению данного заболевания может способствовать лимфатическая очистка нейронов от "мусора". Современные векторы в изучении механизмов развития болезни Альцгеймера направлены на исследования снижения лимфодренажной функции мозга, что приводит к накоплению токсинов в его тканях и нейровоспалению, оказывающему повреждающее воздействие на нейроны и их функции. Поэтому развитие методов управления лимфатическими сосудами и иммунными реакциями мозга рассматривается как перспективное направление в новых стратегиях лечения данной патологии. Сон является естественными фактором, при котором активируются процессы выведения метаболитов, в том числе бета-амилоида, из мозга. В настоящее время сон рассматривается как биомаркер болезни Альцгеймера и важная информативная платформа для разработки инновационных технологий лечения данной патологии. Стратегически проект будет развиваться в проведении тесно взаимосвязанных экспериментальных и клинических исследований, направленных на разработку технологии транскраниальной фотомодуляции адаптивных иммунных процессов мозга и его лимфатической системы с целью профилактики или сдерживания прогресса болезни Альцгеймера у животных и пациентов, а также детального изучения механизмов, лежащих в основе терапевтических фотоэффектов. Коммерческое и маркетинговое прогнозирование своевременности и необходимости создания портативной технологии ночной фототерапии болезни Альцгеймера с возможностью длительного применения прибора, в том числе в домашних условиях, создает условия широкой востребованности разрабатываемого продукта. Появление новой неинвазивной, нефармакологической, импортонезависимой и экономически выгодной технологии фото-лечения данной патологии будет способствовать повышению качества жизни и снижению экономических затрат России по лечению таких пациентов. Технология в будущем может быть востребована также для лечения болезни Паркинсона за счет фотостимуляции лимфатического выведения альфа-синуклеина, а также для пациентов с опухолями мозга и его травмами (боевые, бытовые), при которых снижение лимфодренажной функции и оттока жидкостей из центральной нервной системы имеет ключевое значение в лечении данных патологий. Появление нового бренда в бизнесе медицинского оборудования с высоким потенциалом быстрого внедрения в клиническую практику и повседневную жизнь современного человека будет способствовать росту технологического потенциала России и лидерству на арене фотонных технологий.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут получены: Технология транскраниальной фотомодуляции адаптивных иммунных процессов мозга и его лимфатической системы с целью профилактики или сдерживания развития болезни Альцгеймера. Технология будет представлять собой дизайнерский портативный гаджет «Умного сна» в виде головного убора (удобная мягкая шапка или ободок) и связанного через Bluetooth со смарт-анализатором (дизайн в виде часов), одеваемого на руку. По показаниям изменений пульса, оксигенации крови, изменения положения тела смарт-анализатор будет устанавливать стадию глубокого сна и через специальное программное обеспечение автоматически подавать сигнал к фотостимуляции (на длинах волн 1050 нм и 1250 нм) МЛС в области поперечного и сагиттального синусов за счет включения на 30 мин светодиодов, встроенных в головные устройства. Характеристики «терапевтического окна» фотовоздействия, эффективного для стимуляции лимфодренажной и лимфовыводящей функций мозга у мышей и людей в условиях нормы и при развитии болезни Альцгеймера. Результаты сравнения эффектов разового импульсного и непрерывного фотовоздействия с разной интенсивностью излучения (10-20-30 Дж/см2 на поверхности черепа) в диапазоне инфракрасного излучения (ИК) (1050 нм и 1250 нм), применяемых во время сна или бодрствования у здоровых самцов мышей C57BL/6 разного возраста (взрослые – возраст 5-6 месяцев, стареющие – возраст 12-14 месяцев и старые – возраст 18-20 месяцев), на процесс лимфодренажа и лимфатического выведения трейсеров (флуоресцентные бета-амилоид и декстран 70 кДа, золотые наночастицы, краситель Evans Blue) из тканей мозга. Оптимальные и эффективные параметры фотовоздействия (тип излучения, длина волны, время и доза) для стимуляции МЛС. Результаты о безопасности применения фотовоздействия в течение 10 дней на основе изучения морфологических показателей тканей головного мозга, измерения температуры на поверхности кожи, черепа и мозга мышей. Результаты апробации в экспериментах на трансгенных самцах мышей (5xFAD, возраст 6 месяцев) с болезнью Альцгеймера эффективности фотовоздействия в отношении лимфатического выведения низко- и высокомолекулярных соединений из тканей мозга в условиях бодрствования или сна. Результаты острых экспериментов на мышах 5xFAD (возраст 6 месяцев) по изучению эффектов однократного фотовоздействия на выведение из тканей мозга трейсеров (FITC-декстрана, золотых наностержней, красителя Evans Blue) с применением конфокальной, мультифотонной микроскопии и оптической когерентной томографии. Результаты хронических экспериментов по исследованию эффективности ежедневного применения фотовоздействия в течении 10 дней в отношении снижения отложений бета-амилоида, тау-протеина и нейрофиламента (NFL) в тканях мозга мышей 5xFAD (возраст 6 месяцев) (будет определяться конфокальным и иммуногистохимическим методами) и улучшения их нейрокогнитивного статуса с применением автоматизированных систем TSE Phenomaster и TSE Intellicage для оценки социального и коммуникативного поведения мышей и их памяти, а также с помощью дополнительных тестов «открытое поле», приподнятый крестообразный лабиринт, тест распознавания нового объекта, методика условного рефлекса пассивного избегания; Импортозамещение оптических элементов разрабатываемой технологии. Выбор коммерческого источника ИК излучения (светодиоды с длинами волн 1050 нм и 1250 нм) наиболее эффективного для стимуляции лимфодренажной функции мозга. Анализ оптических, электрических и габаритных характеристик выбранных источников излучения для их соответствия спектру воздействия на МЛС. Результаты исследований физиологической связи состояния «глубокого сна», измеряемыми с помощью полисомнографии, с изменениями пульса, оксигенации крови, акселерометрических сигналов, детектируемыми на анализаторе «ЛАЗМА ПФ», с целью определения временного маркера начала и окончания глубокого сна. Алгоритм автоматического подключения источника фотоизлучения на головном уборе во время глубокого сна в момент регистрации характерных для этого состояния изменений в пульсе, оксигенации крови и акселерометрических сигналах, детектируемых на анализаторе «ЛАЗМА ПФ», одеваемых на руку. Результаты пилотных исследований на 40 пациентах с болезнью Альцгеймера по изучению эффективности применения фототерапии в течение 10 дней во время бодрствования или стадии глубокого сна (10 человек - в группе, получающей фототерапию во время бодрствования, 10 человек - в группе, получающих фототерапию во время глубокого сна; 10 человек - в группе sham, получающих ложную фототерапию во время бодрствования; 10 человек - в группе sham, получающих ложную фототерапию во сна). Эффективность фототерапии будет определяться по нейрокогнитивному статусу пациентов, уровню бета-амилоида, τау-протеина и NFL в спинномозговой жидкости (СМЖ) и ПЭТ/КТ с 18F-FDG (фтордэзоксиглюкоза). Протоколы клинических исследований на пациентах с болезнью Альцгеймера; анкеты согласия для больных в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14155-2014 по проведению клинических исследований. Результаты по изучению механизмов иммуномодулирующих терапевтических фотоэффектов на животных и пациентов с болезнью Альцгеймера на основе тестирования гипотезы о снижении уровня бета-амилоида, τау протеина и NFL в тканях мозга за счет фотостимуляции адаптивного иммунного ответа: Результаты изучения влияния фототерапии в течение 10 дней, применяемой во время сна или бодрствования, на экспрессию астроцитарного белка TGF-beta и отложение бета-амилоида в тканях мозга трансгенных мышей (5xFAD, возраст 6 месяцев) с болезнью Альцгеймера, а также на лимфатическое выведение из ЦНС бета-амилоида в глубокие шейные лимфоузлы. Данная задача будет тестировать гипотезу о том, что фототерапия стимулируют образование хемокина - TGF-beta астроцитами, который модулирует фагоцитоз бета-амилоидных отложений микроглией (Neuron. 2016 7;91(5):957-973. doi: 10.1016/j.neuron.2016.08.027; Nature. 1997; 389:603–606 doi: 10.1038/39321; Neuropsychiatry (London) (2018) 8(2), 477–483). Результаты мониторинга в реальном режиме времени за профилем микроглии в гиппокампе у трансгенных мышей (CX3CR1-GFP, возраст 5-6 месяцев) с инъекционной моделью Альцгеймера в условиях фотовоздействия в течение 10 дней, применяемого во время бодрствования или сна, с использованием мультифотонной микроскопии. Результаты тестирования гипотезы о том, что содержание в мозге метаболитов и противовоспалительных хемокинов/цитокинов имеет циркадный характер и зависит от физиологических изменений в проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) (Int J Mol Sci. 2021 28;22(13):6917. doi: 10.3390/ijms22136917). Результаты содержания в СМЖ бета-амилоида и хемокинов/цитокинов (TGF-beta, IL-4, IL-1 beta) в разные периоды дневной (08:00; 12:00; 16:00; 20:00) и ночной (22:00; 24:00; 02:00; 04:00; 06:00) жизни животных. В исследованиях будут участвовать здоровые (C57BL/6) и трансгенные мыши (5xFAD) с болезнью Альцгеймера 6 месячного возраста. Результаты содержания в СМЖ бета-амилоида и хемокинов/цитокинов (TGF-beta, IL-4, IL-1 beta) утром (08:00) и перед сном (22:00) у пациентов с болезнью Альцгеймера и в группе сравнения. Результаты изучения проницаемости ГЭБ к альбуминовому комплексу красителя Evans Blue (68.5 кДа) в зависимости от стадии сна (REM/NREM) в экспериментах in vivo с применением мультифотонной микроскопии и с последующим подтверждением результатов в опытах ex vivo с применением конфокальной микроскопии и маркеров нейроваскулярной единицы, таких как GFAP (астроциты), NG2 (перициты), CD31 (эндителий), ламинин и коллаген-5 (базальная мембрана). Эксперименты будут проведены на здоровых (C57BL/6) и трансгенных мышах (5xFAD) с болезнью Альцгеймера 6 месячного возраста. Результаты изучения модулирующих эффектов дневного и ночного курса фототерапии в течение 10 дней на иммунный фенотип у животных и пациентов с болезнью Альцгеймера. Результаты экспериментальных и клинических исследований влияния фототерапии в течение 10 дней на иммунный фенотип СМЖ и крови с применением проточной цитометрии на основе исследования профиля лейкоцитов (лимфоциты, гранулоциты и моноциты), лимфоцитов (Т [CD41 и CD81], NK, NKT и В-клетки), Т-клеток (наивные, центральная память, эффекторная память, и регуляторные), а также субпопуляции дендритных клеток (миелоидные и плазмацитоидные). Результаты исследований стимулирующих фотовлияний на расширение лимфатических коммуникаций в ЦНС для трафика факторов иммунологической памяти, играющих важную роль в закреплении обучающих навыков (в том числе, терапевтических эффектов) на уровне нейронов. Результаты острого эксперимента на здоровых мышах C57BL/6 (возраст 6 месяцев) по изучению изменения числа CD4+ T-клеток в оболочках и периваскулярных пространствах мозга на фоне удаления глубоких шейных лимфоузлов в группах, получающих и не получающих разовое фотовоздействие во время сна или бодрствования. Результаты хронического эксперимента по изучению числа CD4+ T-клеток в оболочках и периваскулярных пространствах мозга у мышей C57BL/6 (возраст 6 месяцев) после их месячного обучения оперантному пищедобывательному поведению с применением TSE Phenomaster, а также коммуникативным навыкам с применением TSE Intellicage систем на фоне параллельного фотовоздействия в течение 10 дней во время сна или бодрствования. Результаты клинических исследований 2023-2026 гг. по изучению влияния фототерапии в течение 10 дней во время бодрствования или сна на неврологические показатели пациентов с болезнью Альцгеймера. В исследования войдут 40 пациентов с 2023 года (3,5 года наблюдения), 40 пациентов с 2024 года (3 года наблюдения), 40 пациентов с 2025 года (2 года наблюдения) и дополнительно будет набрано 40 пациентов в 2026 году (1 год наблюдения). Таким образом, в 2026 году в блоке клинических исследованиях число испытуемых будет увеличено до 160, где 80 - в группе получающей фототерапию во время бодрствования и 80 - в группе, получающих фототерапию во время глубокого сна. Эскизная документация на макетный образец блока осветителя с учетом эффективного времени засвета определенных областей головы (в районе поперечного и сагиттального синусов по ходу расположения МЛС). Макет блока осветителя разрабатываемого устройства. Структурная схема разрабатываемого устройств. Программное обеспечение для управления включением и выключением блока осветителя в головном уборе с использованием анализатора «ЛАЗМА ПФ» в период глубокого сна. Макетный образец разрабатываемого устройства. Патент РФ на изобретение технологии фотомодуляции иммунной системы мозга для лечения болезни Альцгеймера. Медико-технические требования для создания портативной технологии фотомодуляции иммунной системой мозга в соответствии с ГОСТ Р 15.013-94; Документация в соответствии с приказом Министерства здравоохранения РФ и статьей 38 Федерального закона от 21.11.2011 г. по оценке соответствия медицинских изделий в форме технических испытаний и токсилогических исследований. Практические рекомендации по применению технологии фотомодуляции иммунной системы для профилактики и лечения болезни Альцгеймера. В 2026 году будет разработана конструкторская документация и созданы 3 опытных образца (TRL6), изготовленных на прототипе производственной линии и протестированных в лаборатории в условиях, воспроизводящих реальность с высокой точностью. Будет разработана документация для коммерциализации предлагаемой технологии. После окончания проекта в период 2027-2028 гг. будут проведены работы по техническим и медицинским испытаниям в организациях, которые будут определены Роздравнадзором после подачи первичных документов. В 2029 г. ожидается получение регистрационного удостоверение Роздравнадзора на прибор. В 2030 г. ожидается начало мелкосерийного производства (TRL7). Публикация научных статей в числе не менее 44, включая Brain Behav Immun (Q1 импакт фактор - 19.27); J Exp Med (Q1, импакт фактор - 14.37); Brain Res (Q1, импакт фактор - 3.25); Elife (Q1, импакт фактор - 8.713); Frontiers in Neuroscience (Q1, импакт фактор - 4.76); Progress in Quantum Electronics (Q1, импакт фактор – 12.25); Nature Communication (Q1, импакт фактор – 17.69); Computational and Structural Biotechnology Journal (Q1, импакт фактор – 7.271); IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics (Q1, импакт фактор – 4.544); Scientific Reports (Q1, импакт фактор – 4.996); Lasers in Surgery and Medicine (Q1, импакт фактор – 4.025); Applied Physics a (Q2, импакт фактор – 2.545); Advances in Experimental Medicine and Biology (Q2, импакт фактор – 3.65); Journal of Innovative Optical Health Sciences (Q2, импакт фактор – 2.4); Photonics (Q2, импакт фактор – 2.536); The European Physical Journal: Special Topics (Q2, импакт фактор – 2.68), Физиологический журнал им. М.С. Сеченова; Бюллетень экспериментальной биологии и медицины и др. Доклады российских и международных конференциях в числе не менее 26. Сайт на платформе лаборатории «Умный сон» https://lymphasleep.com, созданные для освещения научных исследований, проводимых в рамках гранта РНФ. Отчет о выступлениях в СМИ и в соцсетях, направленных на популяризацию научных исследований, выполняемых по гранту РНФ. Отчет о проведении ежегодной научной школы по направлению развития гранта, в которой примут участие не менее 20 молодых ученых. Диплом кандидата наук по диссертации, подготовленной по теме проекта. Научно-популярные лекции и видео-протоколы на обучающей платформе https://lymphalessons.com. Отчет о стажировке в научном медицинском центре по биофотонике в Хуачьжонском университете в г. Ухань, Китай с целью обучения новым протоколам глубокого сканирования мозга мышей с применением разработанной китайскими коллегами технологии просветления его тканей (Science. 2010. 330(6009):1404-8. doi: 10.1126/science.1191776; Sci Adv. 2019 Jan 11;5(1):eaau8355. doi: 10.1126/sciadv.aau8355).

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---