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 23-24-00282
НазваниеРазработка принципов микротомографической оценки анатомических структур куриного эмбриона с целью расширения его возможностей как биологической модели
Руководитель Ржепаковский Игорь Владимирович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" , Ставропольский край
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-106 - Биология развития
Ключевые слова рентгеновская микротомография, модель куриного эмбриона, эмбриональное развитие
Код ГРНТИ34.21.17; 34.41.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В исследованиях безвредности новых веществ и материалов, среди которых особое место занимает оценка тератогенного действия эксперименты in vivo остаются наиболее релевантными для экстраполяции эффектов на человека. Беременные млекопитающие выступают основной моделью при тестировании тератогенности. Однако эта система в плане первичного, предшествующего доклинике скрининга, является далеко не идеальной с точки зрения дороговизны, громоздкости экспериментов, временных затрат, трудоемкости, большого количества используемых животных. Это особо критично как в условиях сегодняшнего бурного роста развития рынка новых фармакологических препаратов, так и в нынешней ситуации вирусной пандемии, требующей в сжатые сроки разработки новых противовирусных средств, вакцин или перепрофилирования имеющихся препаратов для большинства из которых отсутствуют доказательные данные о безопасности использования их в течение гестационного периода.
В попытках сократить расходы и ускорить первичные исследования безопасности новых веществ и перейти к доклиническим и клиническим, назрел научный интерес к альтернативным эффективным и не дорогим модельным системам, нацеленным на ранний скрининговый отсев фармакологических агентов, которым необходимо пройти через последующую стандартную серию тестов. В отличие от классических моделей, таких как млекопитающие, они должны характеризоваться высокой пропускной способностью, а результаты оценки безопасности хорошо экстраполироваться на специфические группы пациентов, такие как беременные женщины, недоношенные и новорожденные дети. Развивающийся куриный эмбрион имеет ряд особенностей, которые делают его удобной биологической моделью, на которой можно с высокой степенью достоверности протестировать тератогенные эффекты на все основные системы органов в эмбриогенезе. Он не подвержен влиянию метаболизма материнского организма, экономически доступен, имеет короткий период инкубации, удобный размер, доступен для большого количества методов экспериментальных манипуляций. Актуален при этом и поиск методологических подходов, которые бы позволяли в короткие сроки при высокой степени достоверности получить наиболее информативный комплекс морфофункциональных критериев развития. В этом смысле, в качестве наиболее перспективного предлагаем метод визуализации внутренних структур – компьютерную рентгеновскую микротомографию (микро-КТ), к числу преимуществ которого относятся скорость выполнения исследования, диагностическая точность, высокое разрешение, возможность визуализации всей внутренней трехмерной структуры объекта с полным его сохранением для других видов исследований. Однако, несмотря на потенциал куриного эмбриона как модельной системы, достоинства и преимущества метода микро-КТ, на сегодняшний день отсутствуют четкие общепринятые методологические принципы микротомографической оценки анатомических структур куриного эмбриона и как следствие неизвестны возможности и диагностическая значимость микро-КТ в скрининговом исследовании тератогенных реакций.
В этом аспекте предполагается научное обоснование валидации метода микро-КТ для визуализации систем органов куриного эмбриона и установлении микротомографических нормативов его развития в динамике эмбриогенеза, что серьезно расширит его потенциал как биологической модели и позволит раскрыть возможности микро-КТ для оценки тератогенных эффектов, определения микротомографических критериев и маркеров различных эмбриопатий.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Ржепаковский И.В., Писков С.И., Аванесян С.С., Шахбанов М.Ш., Сизоненко М.Н., Тимченко Л.Д., Шарити Мохаммад Али, Ребезов М.Б., Нагдалян А.А.
High-Performance Microcomputing Tomography of Chick Embryo in the Early Stages of Embryogenesis
Applied Sciences-Basel, 13, 19, 10642 (год публикации - 2023)
10.3390/app131910642
2.
Ржепаковский И.В., Тимченко Л.Д., Писков С.И., Аванесян С.С., Сизоненко М.Н., Шахбанов М.Ш., Нагдалян А.А., Ребезов М.Б.
Трехмерная рентгеновская микротомография сердца куриного эмбриона в раннем периоде эмбриогенеза
Аграрная наука, 375, 10, 24–29 (год публикации - 2023)
10.32634/0869-8155-2023-375-10-24-29
3.
Ржепаковский И.В., Писков С.И., Аванесян С.С., Сизоненко М.Н., Тимченко Л.Д., Анфиногенова О.И., Нагдалян А.А., Блинов А.В., Денисова Е.В., Кочергин С.Г., Кубанов С.И., Шахбанов М.Ш., Шарити Мохаммад Али, Мохаммад С. Мубарак
Composite of bacterial cellulose and gelatin: a versatile biocompatible scaffold for tissue engineering
International Journal of Biological Macromolecules, 256, 128369 (год публикации - 2024)
10.1016/j.ijbiomac.2023.128369
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Анализ элементов нервной системы показал, что общая рентгенплотность куриного эмбриона (КЭ), глаза и позвоночника снижалась в процессе роста и развития на 4-8 сутки (HH22-HH34). Показатели рентгенплотности были следующими: КЭ варьировалась от 6310 до 7439 HU, головной мозг от 6705 до 10482 HU, глаз от 3751 до 14234 HU, позвоночник от 6816 до 9233 HU. Структуры мозга, глаза и позвоночника показывают сопоставимый визуализируемый объем и равномерно увеличиваются в процессе эмбриогенеза. На 4-е сутки инкубации (HH22-HH24) были идентифицированы и хорошо визуализировались в различных проекциях при анализе микро-КТ следующие крупные структуры: конечный мозг, промежуточный мозг, средний мозг, задний мозг, спинной мозг, эпифиз, гипофиз, глаза, хиазма и зрительные нервы. На 5-8 сутки (HH25-HH34) помимо структур, указанных выше, были выделены структуры продолговатого мозга. На эмбриональных стадиях HH25–HH34 наблюдалось интенсивное расширение структур таламуса и конечного мозга, а также общий рост нервной ткани всех отделов мозга. На 9-15 сутки (HH35-HH41) наблюдалось окончательное формирование структур, включая разделение заднего мозга на отдельные компоненты, такие как мозжечок, мост, продолговатый мозг. Кроме того, структуры конечного мозга значительно расширились, что привело к формированию нервных тканей в больших полушариях. Кровеносные сосуды визуализировались на основе разницы контраста и выглядели как темные, малоконтрастные образования. В результате мы идентифицировали и отметили локализацию более 40 структур. Несмотря на различный уровень морфологического развития, на всех изученных стадиях выявлены основные структуры дыхательной системы КЭ, относящиеся к верхним, нижним дыхательным путям и органам дыхания. В отличие от общей контрастности КЭ, рентгенплотность печени отличалась более значительными величинами. На 5 и 6 сутки (HH25-HH29) фиксировались цифры выше 12000 HU, что связано с увеличением относительного объема паренхимы печени по сравнению с 4 сутками (HH22-HH24). На 7 и 8 сутки (HH30-HH34) рентгенплотность снижалась почти в 2 раза. На 9-10 сутки (HH35-HH36) происходит повторное увеличение рентгенплотности выше 12000 HU, что также связано с изменением протокола окраски. В дальнейшем изменение рентгенплотности печени не выражено и фиксируется в пределах 8104-9083 HU, что свидетельствует об эффективности разработанного протокола. При анализе изменения визуализируемого объема печени в процессе развития фиксируются два выраженных скачка: с 4 по 5 сутки увеличивается на 695%, с 6 по 7 сутки на 385%. Был рассчитан занимаемый визуализированный объем кровеносной системы печени. Зафиксировано значительно уменьшение занимаемого объема кровеносной системой с 4 по 5 сутки инкубации (HH22-HH27) с 45,1±2,3 % до 24,6±1,2%. Это подтверждается морфологическими результатами, показывающими значительный рост паренхимы печени в этот период. С 5 по 6 сутки (HH27-HH29) объем печени занимаемый кровеносной системой, остается практически неизменным, увеличиваясь к 7 суткам (HH30-HH32) до 29,0±1,5% и незначительно изменяется до 8 суток инкубации (HH33-HH34). С 8 по 9 сутки инкубации (HH34-HH35) фиксируется снижение занимаемого объема кровеносной системой с 27,9±1,4% до 18,7±0,94%. А с 9 до 15 суток инкубации (HH35-HH41) занимаемый объем кровеносной системой несколько снижается с 18,7±0,94% до 12,3±0,62% при этом по суткам изменяясь недостоверно. Все основные органы грудобрюшной полости КЭ с 4 по 15 сутки (HH22-HH41), хорошо визуализировались и соответствовали нормативным показателям соответствующих этапам эмбриогенеза. Печень располагается в грудобрюшной полости, сверху справа на лево между долями расположено сердце, дорсально и выше по бокам расположены левое и правое легкое, ниже также дорсально визуализируется парный мезонефроз, снизу прилегает к левой доли печени желудок, под ним тонкий кишечник. С 7 суток инкубации слева между печенью, желудком и мезонефрозом начинает хорошо визуализироваться селезенка. На 4-е сутки инкубации (HH22-HH24) при анализе репрезентативных изображений поперечного сечения печени и изоповерхности 3D визуализации печени и сосудов печени были идентифицированы и хорошо визуализированы в различных проекциях следующие структуры: левая доля, правая доля, пупочная вена, венозный проток, нижняя полая вена. При этом значительную часть печени занимает правая доля включающая
кровеносные сосуды, входящая пупочная вена и исходящая нижняя полая вена, большой объем занимает венозный проток. На эти сутки печень находится вплотную к сердцу и желудку, практически без свободного пространства между органными. На 5 и 6 сутки инкубации (HH25-HH29) печень значительно увеличивается в размерах за счет как паренхимы так и стромы, в том числе кровеносных сосудов. Значительно увеличивается правая доля печени, начинают визуализироваться фрагментарно печеночные вены. Хорошо визуализируется расстояние между печенью и окружающими ее органами. К 7 суткам инкубации (HH30-HH32) в печени происходит выраженный рост и развитие кровеносных сосудов, при этом общий объём печени увеличивается значительно быстрее, чем общий объем КЭ. Продолжает интенсивно увеличиваться объем правой доли печени. В формате трехмерной изоповерхности хорошо визуализируются левая доля, правая доля, пупочная вена, воротная вена, венозный проток, нижняя полая вена, левая печеночная вена и правая печеночная вена. На 8-9 сутки инкубации (HH33-HH35) в печени начинают визуализироваться ветвление более мелких сосудов, особенно ветвей портальной вены. Визуализируется небольшой желчный пузырь. Начинает увеличиваться левая доля печени. К 10 суткам (HH36) и далее до 15 суток (HH37-41) печень приобретает классическую форму, значительно увеличивается левая доля печени и размеры желчного пузыря. Хорошо разграничиваются и визуализируются области печеночных вен и ветвления портальной вены. Получены реалистичные двух- и трехмерных микро-КТ изображения и идентифицированы структуры мочеполовой системы КЭ на всех изученных стадиях (HH22–HH41). Полученные результаты устанавливают методологию получения микро-КТ нормативных данных, включая тонкие локализованные различия нервной системы и висцеральных органов в эмбриогенезе кур. Эти достижения открывают новые возможности для современной эмбриологии, тератологии, фармакологии и токсикологии. В 4-х публикациях даны методические рекомендации по использованию полученных результатов в медицинской и ветеринарной фармакологии, токсикологии, экспериментальной патологии, биологии развития, эмбриологии. Составлена вторая часть атласа микротомографических изображений с обозначением различных структур куриного эмбриона, визуализацией структур нервной системы и висцеральных органов при нормальном развитии.
Публикации
1. Ржепаковский И.В., Тимченко Л.Д., Писков С.И., Сизоненко М.Н., Шахбанов М.Ш. Микротомографическое исследование куриного эмбриона Сборник материалов VI Всероссийской конференции «Практическая микротомография» / под ред. С.В. Кошеверской. — Санкт-Петербург: Свое издательство, 57-63 (год публикации - 2023)
2.
Ржепаковский И.В., Писков С.И., Аванесян С.С., Шахбанов М.Ш., Сизоненко М.Н., Тимченко Л.Д., Нагдалян А.А., Шарити Мохаммад Али, Аль-Фарга Аммар, Аклан Фейсал, Лиховид А.А
Expanding understanding of chick embryo’s nervous system development at HH22-HH41 embryonic stages using X-ray microcomputed tomography
PLoS ONE, 19(11): e0310426 (год публикации - 2024)
10.1371/journal.pone.0310426
3.
Ржепаковский И.В., Писков С.И., Аванесян С.С., Сизоненко М.Н., Кочергин С.Г., Тимченко Л.Д.
Биосовместимость 3D-скаффолдов на основе различных полисахаридов
Морфология, 841-842 (год публикации - 2024)
10.17816/morph.konf2024
4.
Писков С.И., Какулия Е.В., Беляев Н.Г., Джабаева М.М.
Особенности ангиогенеза хориоаллантоисной оболочки куриного эмбриона под влиянием экстракта pleurotus ostreatus
Современные вопросы биомедицины, Т. 8. – № S1 (год публикации - 2024)
10.24412/2588-0500-2024_08_S1_15
Возможность практического использования результатов
Полученные результаты повысят экономическую эффективность и скорость изучения токсичности, эмбриотоксичности и специфического действия новых веществ используемых для разработки лекарственных препаратов.