In vivo формирование и визуализация тканеинженерных конструкций

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 21-79-10384

НазваниеIn vivo формирование и визуализация тканеинженерных конструкций

Руководитель Акасов Роман Александрович, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва

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 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)

Ключевые слова тканевая инженерия, скаффолды, воспаление, мониторинг, неинвазивные методы, апконвертирующие наночастицы, фотоинициаторы, фотополимеризация, инфракрасное излучение.

Код ГРНТИ34.03.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Биопечать является универсальным подходом, имеющим огромный потенциал для применения в тканевой инженерии и современной медицине. Несмотря на значительный прогресс последних лет в тканевой инженерии, технология формирования и мониторинга состояния конечных объектов остается проблемным вопросом. В настоящее время стратегия использования скаффолдов в тканевой инженерии базируется на триаде «формование скаффолда – биоадаптация и заселение клетками – интеграция в живой организм», что является длительным и трудозатратным процессом. В этом проекте мы предлагаем разработать технологии, которые, с одной стороны, позволят за один этап создавать гидрогелевые конструкций с аутологичными клетками непосредственно в организме, а с другой стороны, обеспечат неинвазивный мониторинг состояния тканеинженерной конструкции в условиях in vivo. Для решения проблемы создания тканеинженерной конструкции в живом организме мы предлагаем использовать наши наработки по инициированию процесса полимеризации под действием света ближнего инфракрасного диапазона спектра. Для этого мы будем применять технологию инъекционной экструзии загруженного аутологичными клетками гидрогеля на основе глицидилметакрилата гиалуроновой кислоты в зону дефекта с последующим структурированием с использованием низкоинтенсивного света, глубоко проникающего в биоткани. Такой процесс возможно реализовать благодаря разработанной нами технологии кросс-сшивания гидрогеля, где фотоактивация инициатора происходит в «окне прозрачности» биоткани (650-1000 нм). Для этого мы разработали супрамолекулярный комплекс на основе апконвертирующих наночастиц и эндогенного фотоинициатора рибофлавина и/или хлорина, который возможно фотоактивировать под действием света с длиной волны ~ 700 нм. Для решения проблемы неинвазивного мониторинга предварительно сформированной в условиях in vivo тканеинженерной конструкции будет применяться визуализация на трех уровнях: нано, микро и макроскопическом. Важно, что для формирования тканеинженерных конструкций будут применяться апконвертирующие наночастицы NaYF4:Yb3+,Tm3+, которые могут выступать и как контрастирующий агент для методов фотолюминесцентного биоимиджинга и КТ диагностики. Поскольку технология апконверсии позволяет визуализировать отдельные частицы, мы ожидаем, что предложенный подход позволит анализировать скаффолды и прилегающие ткани на микро- и даже нано-уровне - например, для отслеживания высвобождения наночастиц из скаффолда и их распределения в формирующихся микрососудах. Система IVIS Spectrum CT будет применяться нами для получения фотолюминесцентных и КТ томографических данных, что позволит оценить возможность формирования сложных 3D объектов непосредственно в организме животного. С использованием системы Raster scanning optoacoustic mesoscopy system (RSOM) Explorer P50, методом оптоакустичекого зондирования будет исследоваться процесс формировании неоваскулатуры в области имплантации скаффолда. Важной задачей при этом будет сравнение гистологических данных и данных биоимиджинга, а также сравнение воспаления при введении фотополимеризуемых скаффолдов с модельными способами индукции местного и системного воспаления in vivo. Таким образом, можно сформулировать двойную цель проекта. Во-первых, создание и демонстрация технологии формирования тканеинженерных конструкций непосредственно в живом организме за счет инициирования реакции фотополимеризации гидрогелевых композиций, содержащих аутологичные клетки, при активации светом в окне прозрачности биоткани (650-1000 нм). Во-вторых, разработка неинвазивного подхода, позволяющего оценивать свойства этих тканеинженерных конструкций в условиях in vivo с использованием современных подходов к неинвазивной биовизуализации. В целом проект продемонстрирует новую концепцию биофабрикации и контроля состояния тканеинженерных конструкций в условиях in vivo, а его успешная реализация откроет новые возможности для регенеративной медицины.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Савельев А.Г., Сочилина А.В., Акасов Р.А., Шолина Н.В., Савюк М.О., Ярков Р.С., Новожилова М.О., Мищенко Т.А., Ведунова М.В., Звягин А.В., Генералова А.Н., Хайдуков Е.В. Cell-Friendly Hydrogel Fiber Fabrication for Biomedical Applications Материалы международной конференции "6th International Conference on Biomaterials and Biosensors (BIOMATSEN 2021)", Материалы международной конференции "6th International Conference on Biomaterials and Biosensors (BIOMATSEN 2021)", стр. 18-19 (год публикации - 2021)

2. М. Николаева, А. Нечаев, Е. Шмендель, Р. Акасов, М. Маслов, А. Миронов New Cysteine-Containing PEG-Glycerolipid Increases the Bloodstream Circulation Time of Upconverting Nanoparticles Molecules, Molecules 2022, 27(9), 2763 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27092763

3. А.Г. Савельев, А.В. Сочилина, Р.А. Акасов, М.Е. Николаева, Н.А. Дурандин, Л. Джордж, А. Ефимов , В.А. Семчишен, А.Н. Генералова и Е.В. Хайдуков Hyaluronic acid glycidyl methacrylate hydrogel gelation in turbid medium of biotissue Сборник тезисов конференции Saratov Fall Meeting-2022, Сборник тезисов конференции Saratov Fall Meeting-2022, 26-30 сентября 2022 г. (год публикации - 2022)

4. Генералова А.Н., Демина П.А., Акасов Р.А., Хайдуков Е.В Фотополимеризация в 3D печати тканеинженерных конструкций для регенеративной медицины Успехи химии, Том 92 (2), идентификатор статьи RCR5068 (год публикации - 2022)
10.57634/RCR5068

5. В.И. Кузяева, А.В. Сочилина, А.Г. Савельев, И.С. Сергеев, Г. Бабаева, А.Н. Генералова, Е.В. Хайдуков Получение in situ гидрогелевых скаффолдов на основе модифицированной гиалуроновой кислоты в процессе радикальной реакции, активируемой красным светом (660 нм) Сборник тезисов 65-й Всероссийской научной конференции МФТИ, n/a (год публикации - 2023)

6. Хайдуков К.В., Крылов И.В., Николаева М.Е., Рочева В.В., Хайдуков Е.В. Наночастицы NaLuF4: Yb3+, Er3+, Ce3+ для создания компактных волноводных усилителей и визуализации в ближнем ИК-диапазоне спектра Оптика и спектроскопия (год публикации - 2023)

7. Абалымов А., Пинхасик Б., Акасов Р.А., Ломова М., Парахонский Б.В. Strategies for Anisotropic Fibrillar Hydrogels: Design, Cell Alignment, and Applications in Tissue Engineering Biomacromolecules, Biomacromolecules. 2023; 24(11):4532-4552 (год публикации - 2023)
10.1021/acs.biomac.3c00503

8. Кузяева В.И., Сочилина А.В., Савельев А.Г., Акасов Р.А., Генералова А.Н. Fabrication of porous hydrogels containing hyaluronic acid by photoinduced crossling Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 16 (3.2) (2023) 318–322 (год публикации - 2023)
10.18721/JPM.163.255

9. И. Сергеев, Е. Максимова, Е. Моисеева, О. Грязнова, С. Перков, П. Демина, В. Зайцев, Ю. Кокшаров, М. Завидовский, П. Рудаковская, Р. Романов, Б. Хлебцов, А. Орлова, С. Деев, Д. Горин Photoinduced Toxicity Caused by Gold Nanozymes and Photodynamic Dye Encapsulated in Submicron Polymer Shell Particle & Particle Systems Characterization, 10.1002/ppsc.202300149 (год публикации - 2024)
10.1002/ppsc.202300149

10. Е. Сафонова, М. Половкова, Ф. Коломейчук, Р. Акасов, А. Савельев, Е. Хайдуков, А. Цивадзе, Ю. Горбунова Phosphorus (V) 15-crown-5-phthalocyanine as a promising non-toxic near-IR photoinitiator in aqueous medium Dyes and Pigments, Vol. 225, 112095 (год публикации - 2024)

Публикации