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 24-75-10007

НазваниеПоиск оптических критериев регенераторного потенциала печени методом мультимодальной оптической когерентной томографии и метаболического имиджинга

Руководитель Кузнецова Дарья Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации , Нижегородская обл

Конкурс №98 - Конкурс 2024 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 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-602 - Физические методы медицинской диагностики. Томография

Ключевые слова печень, регенерация, диабет, стеатоз, фиброз, оптический биоимиджинг, оптическая когерентная томография, время-разрешенная флуоресцентная микроскопия

Код ГРНТИ76.03.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Около 1 млн. новых случаев первичного и вторичного рака печени регистрируют ежегодно в мировой клинической практике. Единственным адекватным вариантом терапии остается хирургическое лечение. Не смотря на значительные достижения в хирургии и совершенствование методов предоперационной оценки состояния печени, сохраняется высокий риск развития послеоперационной печеночной недостаточности. Этот риск связан с индивидуальными особенностями регенераторного потенциала печени каждого пациента и со снижением способности печени к регенерации при сопутствующей печеночной патологии и/или сахарном диабете, которые в целом наблюдаются более чем у 50% пациентов. Основной нашей задачей является определение новых оптических критериев регенераторного потенциала печени, которые можно будет оценивать во время операции, что позволит значительно снизить риски развития послеоперационной печеночной недостаточности. К настоящему времени на модели лабораторных животных и на ex vivo образцах печени пациентов мы уже исследовали метаболический статус гепатоцитов в процессе нормальной регенерации и регенерации при сопутствующей патологии методами время-разрешенной FLIM-микроскопии. Однако, полученных оптических признаков оказалось недостаточно для внедрения метода в клинику. В представленном проекте мы планируем продолжить изучение регенераторного потенциала печени и поиск его оптических критериев в норме и при патологии с помощью уникального метода мультимодальной оптической когерентной томографии (ММ ОКТ) с функциями кросс-поляризационной ОКТ, ОКТ-ангиографии и компрессионной ОКТ-эластографии для экспресс оценки структурно-функциональных особенностей ткани печени на основе комплексного анализа рассеивающих и поляризационных свойств ткани, а также изменений упругих свойств и микроциркуляции печени. Новые данные, полученные методом ММ ОКТ, мы планируем объединить с полученными нами ранее данными метаболического имиджинга FLIM и создать на базе этого мультипараметрическую систему оптических критериев снижения регенерации печени, что повысит информативность и качество предиктивной оценки адекватных объемов резецируемой печени и приблизит нашу разработку к внедрению в клинику. Кроме того, для быстрой обработки данных, полученных ММ ОКТ, мы планируем разработать автоматизированный подход на основе сверточных нейронных сетей, что позволит объективизировать и упростить процедуру получения и интерпретации данных. Стоит отметить, что все предлагаемые методы и подходы оптического биоимиджинга имеют возможность приборной реализации в клинических условиях, а уникальная отечественная ММ ОКТ установка уже находится на стадии сертификации. Ещё одной новой задачей проекта станет изучение влияния стресса эндоплазматического ретикулума на регенераторный потенциал печени. Важным аспектом, обуславливающим патогенез различных печеночных заболеваний, является ЭПР-стресс, наличие которого ухудшает прогноз выживаемости пациентов после резекционных вмешательств. Известно, что тяжелый ЭПР-стресс усиливает патогенез заболеваний печени, включающих дисметаболические нарушения и фиброз, а также повышает риски развития гепатоцеллюлярной карциномы. Всё большее внимание уделяется разработке подходов для предотвращения развития терминальной стадии ЭПР-стресса, однако, при этом, недавние исследования показали, что транзиторный ЭПР-стресс, напротив, является важным этапом инициации регенерации печени. Таким образом, актуальной задачей является изучение различных аспектов, ассоциированных с развитием ЭПР-стресса, в частности, его влияние на энергетический метаболизм гепатоцитов. Данная задача интересна как с фундаментальной, так и прикладной точки зрения, потому что лучшее понимание механизмов ЭПР-стресса позволит нам расширить знания о регенераторном потенциале печени и направить их на разработку персонализированных стратегий для стимуляции регенерации печени и/или терапии печеночных заболеваний.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект направлен на создание мультипараметрической системы критериев снижения регенераторного потенциала печени на основе методов мультимодальной оптической когерентной томографии (ММ ОКТ), мультифотонной микроскопии, генерации второй гармоники (ГВГ) и флуоресцентной микроскопии c временным разрешением FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy). На первом этапе реализации проекта начаты серии экспериментов по индукции нормальной регенерации печени лабораторных животных путем 70% гепатэктомии (ГЭ). На 3 день регенерации печень восстанавливается на 115% от исходного значения, а на 7 день на 112%. Снижение процента восстановления печени на 7 день относительно 3 дня происходит в связи с запуском процесса аутофагии на этапе терминации регенерации, что является характерной особенностью регенерации нормальной печени. Получены первичные данные о микроструктуре, микроциркуляции и упругих свойствах ткани печени на разных этапах нормальной регенерации печени методом ММ ОКТ, которые соотносятся с данными морфологического и морфометрического анализа. На 3 день: (1) увеличение значений коэффициента затухания и жесткости, что связано с активной пролиферацией гепатоцитов и накоплением их липидной инфильтрации; (2) уменьшение плотности перфузируемых сосудов и увеличение диаметра отдельных сосудов, что связано с полнокровием дольковых сосудов. На 7 день: (1) увеличение плотности сосудов диаметром более 60 мкм; (2) уменьшение значений коэффициента затухания и жесткости, что связано с уменьшением количества липидных капель и прекращением пролиферации гепатоцитов. Биохимический анализ крови подтвердил, что все показатели в процессе регенерации были в пределах нормы за исключением повышения уровня АСТ на 3 день и незначительного повышения уровня мочевины на 7 день регенерации печени. Подобраны референсные гены для молекулярного анализа - HPRT и Ywhaz, как наиболее стабильно экспрессируемые. Подтверждена корректная работа олигонуклеотидных праймеров для последующего анализа уровня экспрессии генов, ассоциированных с окислительным и ЭПР стрессом и генов, ассоциированных с пролиферацией гепатоцитов (анализ уровня экспрессии генов будет проведен на следующем этапе реализации проекта). Получены данные метаболического имиджинга ткани печени на разных этапах регенерации печени методами мультифотонной микроскопии. На всех этапах регенерации в режиме флуоресцентной микроскопии показано равномерное распределение сигнала флуоресценции НАД(Ф)Н. В режиме ГВГ-микроскопии показана низкая интенсивность сигнала второй гармоники от фибрилл коллагена. В режиме FLIM-микроскопии важнейшим изменением является выраженное увеличение значений вкладов связанной формы НАДН (а2) и НАДФН (а3) на 3 день регенерациис последующим снижением на 7 день. Проведен сопоставительный анализ данных мультифотонной микроскопии и данных ММ ОКТ, однако для выявления статически значимых корреляций на следующем этапе реализации проекта будет проведен добор образцов ткани печени на разных этапах регенерации нормальной печени. Также задачей проекта является изучение влияния ЭПР-стресса на митохондриальный гомеостаз, энергетический метаболизм гепатоцитов и регенераторный потенциал печени с применением методов молекулярного анализа в сочетании с методами метаболического имиджинга. На первом этапе реализации проекта выбраны транскрипты и подобраны праймеры для анализа генов трех ключевых молекулярных каскадов ответа на окислительный и ЭПР стресс. Адекватный подбор праймеров подтвержден на образцах печени, полученных в ходе проведения экспериментов по нормальной регенерации печени. Наконец, на основе актуальных рекомендаций поставлен протокол проведения количественного вестерн-блота для анализа изменений экспрессии белковых маркеров ЭПР стресса. Выбранный протокол позволил детектировать Е-кадгерин (мембранно-связанный белок, участвующей в механотрансдукции и регуляции миграции гепатоцитов) в диапазоне масс 120-125 кДа. На первом этапе проекта была опубликована одна статья в журнале, рецензируемом Web of Science и Scopus (Q1), также по результатам проекта были представлено 5 докладов на Всероссийских конференциях. Следующий этап реализации проекта будет нацелен на поиск характерных значений параметров ММ ОКТ в разных режимах для образцов печени с сопутствующей патологией. Также будет начата разработка алгоритма для автоматической обработки массива данных ММ ОКТ на основе сверточных нейронных сетей. Полученные результаты позволят разработать стратегию для быстрой интраоперационной оценки снижения регенераторного потенциала печени.

 

Публикации

1. Родимова С., Губаркова Е., Бобров Н., Щечкин И., Козлова В., Золотова Н., Потапов А., Киселева Е., Геликонов Г., Гладкова Н., Загайнов В., Загайнова Е., Кузнецова Д. Optical Coherence Tomography Angiography, Elastography, and Attenuation Imaging for Evaluation of Liver Regeneration Diagnostics, 15(8):977 (год публикации - 2025)
10.3390/diagnostics15080977.

2. Кузьмин Д.А., Родимова С.А., Козлова В.А., Щечкин И.Д., Зюзин М.В., Кузнецова Д.С. Тестирование гепатопротекторных свойств комплексов наночастиц полилактида с микроРНК-200a на модели слайсов печени Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 78-й Всероссийской с международным участием школы-конференции молодых ученых (Н. Новгород, 14–18 апреля 2025 г.), с. 179 (год публикации - 2025)

3. Щечкин И.Д., Родимова С.А., Бобров Н.В., Можеров А.М., Кузнецова Д.С. Сравнительный анализ разных методов анализа кривой затухания флуоресценции НАДН на основе FLIM Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 78-й Всероссийской с международным участием школы-конференции молодых ученых (Н. Новгород, 14–18 апреля 2025 г.), с. 365 (год публикации - 2025)

4. Родимова С.А., Губарькова К.В., Бобров Н.В., Золотова Н.А., Козлова В.А, Потапов А. Л., Загайнов В.Е., Загайнова Е.В., Кузнецова Д.С. Мультимодальная оптическая когерентная томография в исследовании структуры и микроциркуляторного русла печени при регенерации ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ: VIII СЪЕЗД ФИЗИОЛОГОВ СНГ, XV СЪЕЗД АЛЛЕРГОЛОГОВ И ИММУНОЛОГОВ СНГ, СИМПОЗИУМ «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ» (Сочи, 23–28 апреля 2025): НАУЧНЫЕ ТРУДЫ, с. 68 (год публикации - 2025)