Разработка модели кожи человека с микробиомом на основе микрофлюидного чипа как элемента системы для стандартизации тестирования лекарственных препаратов для применения в дерматологии

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 23-25-00503

НазваниеРазработка модели кожи человека с микробиомом на основе микрофлюидного чипа как элемента системы для стандартизации тестирования лекарственных препаратов для применения в дерматологии

Руководитель Бикмулина Полина Юрьевна,

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет) , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Орган-на-чипе, микрофлюидные системы, кожа, микробиом

Код ГРНТИ62.33.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одну из лидирующих позиций по распространенности как в России, так и мире занимают кожные заболевания. Несмотря на достигаемые успехи в их лечении, значительного снижения уровня заболеваемости не наблюдается, а наиболее трудная ситуация отмечается в детской возрастной группе (Кубанова и др., 2017). Это в том числе объясняется низким количеством лекарственных препаратов нового поколения, транслированных в клиническую практику, что обусловлено сложностью в их разработке, в частности адекватной оценке их эффектов и фармакокинетики. В связи с этим большое внимание уделяется разработке релевантных моделей. В настоящее время для этих целей достаточно успешно используют разнообразные in vitro модели – эквиваленты кожи человека. Однако их существенным ограничением является отсутствие микрофлоры, которая может прямо или косвенно влиять на такие важные процессы, как абсорбция, распределение и метаболизм лекарственных веществ при местном применении. Таким образом, целью представленного проекта является разработка модели кожи человека с микробиомом на основе микрофлюидного чипа как элемента системы для стандартизации тестирования лекарственных препаратов для применения в дерматологии. В рамках выполнения проекта будет впервые разработан подход к формированию модели кожи с микробиомом с помощью эквивалента кожи человека и бактериального консорциума, которая будет интегрирована в чип с системой микрофлюидных каналов, воспроизводящих микроциркуляторное русло. Будут выявлены особенности взаимодействия эукариотических и прокариотических клеток в составе разработанной модели и разработаны способы их модулирования. Функциональность созданной модели будет испытана с использованием модельных лекарственных веществ (например, антибиотиков, глюкокортикостероидов и др.), и с ее помощью будут установлены основные фармакокинетические параметры лекарственных форм на их основе при местном применении. Результаты реализации проекта соответствуют мировому уровню и будут опубликованы в виде не менее 4 статей в ведущих профильных международных журналах 1-го квартиля (включая Biofabrication, Acta Biomaterialia, Nature Communications и др.) и представлены на основных международных конференциях (TERMIS Congress, ESAO Congress, World Congress on Biomaterials и др.). Междисциплинарный характер представленного проекта и достижимость указанных результатов обуславливает участие специалистов высокого уровня из разных областей знаний, работающих в Институте регенеративной медицины, Институте бионических технологий и инжиниринга и Кафедре судебной медицины Сеченовского университета: регенеративной медицины, тканевой инженерии, микробиологии, гистологии, материаловедения, биомедицинского инжиниринга, клеточной биологии. Участники проекта имеют большой опыт проведения исследований, что подтверждаются публикациями в таких ведущих профильных международных журналах 1-го квартиля, как Drug Discovery Today, Soft Matter, Journal of Biomedical Optics, International Journal of Bioprinting и др.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Антошин А.А., Минаева Е.Д., Котенева П.И., Пешкова М.А., Бикмулина П.Ю., Кошелева Н.В., Ефремов Ю.М., Шпичка А.И., Юсупов В.И., Минаев Н.В., Тимашев П.С. LIFT of cell spheroids: Proof of concept Bioprinting, e00297, volume 34 (год публикации - 2023)
10.1016/j.bprint.2023.e00297

2. Кардош А.В., Цибульников С.В., Бикмулина П.Ю., Дювенжи Е.В., Ганнесен А.В., Шпичка А.И. Разработка стабильно культивируемой in vitro модели кожи на основе двухслойных сфероидов и микробного консорциума «Современные технологии в медицине» (СТМ) (год публикации - 2024)

3. В.В. Шишков, П.Ю. Бикмулина, А.В. Кардош, С.В. Цибульников,Е.В. Грекова, Ю.В. Колесова, П.А. Захарова, А.М. Нестерова, Ф.Д.А.С. Перейра, С.Л. Котова, О.Ю. Олисова, М. Восух, А.И. Шпичка, П.С. Тимашев Advancing the in vitro drug screening models: microbiome as a component of tissue-engineered skin Bioprinting, e00379 (год публикации - 2024)
10.1016/J.BPRINT.2024.E00379

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году были установлены особенности взаимодействия прокариот (консорциум S. aureus и S. epidermidis) и эукариотических клеток (сфероиды на основе кератиноцитов и фибробластов, смешанные в соотношении 1:1 либо полученные наслоением). На сроках культивирования в 4 суток было показано, что добавление микроорганизмов не приводит к гибели клеток в культуре, а напротив, может стимулировать метаболическую активность сокультивируемой системы, увеличивая уровень метаболитов на 20-30% (после необходимых нормировок) по сравнению с контрольными образцами без микроорганизмов. Для улучшения условий эксперимента была оптимизирована геометрия микрофлюидных чипов, что значительно упростило технические манипуляции и обеспечило стабильное культивирование на сроках более 24 часов. С использованием данного чипа были успешно получены различные варианты клеточных моделей кожи, содержащие консорциум микроорганизмов. При анализе проницаемости полученных моделей с использованием модельных флуоресцентных веществ было установлено, что микробный компонент может существенно влиять на апико-базальный и базально-апикальный транспорт веществ через модель кожи. В частности, в присутствии микроорганизмов на 10-15% снижалась проницаемость в апико-базальном направлении. Кроме того, было показано, что консорциум S. aureus и S. epidermidis в данной модели реагирует на воздействие антибиотиков по-другому, чем монокультуры, и при этом происходит перераспределение изначального соотношения микроорганизмов с сохранением обоих видов. Спустя 4 суток культивирования исходно равномерная смесь S. aureus и S. epidermidis перестроилась в соотношение около 4:1 в пользу S. aureus. Таким образом, наблюдаемая разница в проницаемости и скорости транспорта веществ между моделями с консорциумом и без него свидетельствует о том, что включение микробного компонента имеет критическое значение для исследований фармакокинетики и фармакодинамики лекарственных препаратов. Эти результаты подчеркивают необходимость учета микробного компонента при разработке новых терапевтических стратегий и лекарственных препаратов. В рамках реализации проекта в 2024 году была принята к печати статья в российском журнале, индексируемом в Scopus и Web of Science и относящемся к Q3. Также была подготовлена 1 статья в зарубежном журнале, индексируемом в Scopus и Web of Science и относящемся к Q1, в данный момент находящаяся на рассмотрении после двух раундов рецензирования. Полный текст и подтверждения подачи приложены к Приложению. Результаты работы были представлены в форме устных и стендовых докладов на 5 научных мероприятиях в России.

Публикации