Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Пензель Томас Германия
Номер договора
075-15-2019-1885
075-15-2022-1094
Период реализации проекта
2019-2023

По данным на 01.11.2022

52
Количество специалистов
55
научных публикаций
15
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Проект лаборатории направлен на получение принципиально новых знаний о восстановительных свойствах сна и роли лимфатической системы мозга в очищении его тканей от токсинов с целью развития прорывных технологий для нейрореабилитационной медицины.

Название проекта:

Открытие фундаментальных механизмов сна для прорывных технологий нейрореабилитационной медицины


Цели и задачи

Направление исследований:

Физиология

Цель проекта:

Создание лаборатории «умного сна» мирового уровня для пионерских исследований по изучению механизмов, лежащих в основе феномена очищения тканей мозга от токсинов во время сна, создания новых научных концепций в анатомии и физиологии человека и животных о строении и функциях церебральных лимфатических сосудов как о дренажной и очистительной системе мозга и особенностях ее ночной активации и развития прорывных портативных смарт технологий управления восстановительными свойствами сна для нейрореабилитационной медицины

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Получены новые научные данные об активации дренажной функции мозга во время сна, полученные с помощью применения оптической когерентной томографии, золотых наностержней в качестве контрастных агентов, технологии оптического просветления черепа и ЭЭГ мониторинга.
  • Получены новые научные данные об эффективных нелинейных методах частотного и амплитудного анализа ЭЭГ/ЭМГ/ЭОГ/ЭКГ, а также методах распознавания образов нейронной сети, для высокоселективной детекции медленных волн сна, синхронизированных с активацией дренажной функции мозга.
  • Разработана математическая модель, описывающая активацию движения межклеточной и периваскулярной жидкостей в менингеальную лимфатическую систему во время сна.
  • Получены новые научные данные о роли лимфатической системы в очистительной функции мозга во время сна и возрастных изменений этих процессов у людей и грызунов.
  • Получены новые научные данные о функциональной взаимосвязи между повышением проницаемости ГЭБ и активацией очистительной функции мозга во время сна.
  • Разработана прорывная технология диагностики состояния ГЭБ по данным нелинейного анализа ночных ЭЭГ паттернов.
  • Получены новые научные данные о лимфатическом очищении тканей спящего мозга от бета-амилоида и продуктов крови на животных моделях болезни Альцгеймера и неонатальных интракраниальных геморрагий, соответственно.
  • Разработана телеметрическая система мониторинга интракраниального давления и одновременное записи ЭЭГ у грызунов.
  • Получены пионерские данные об анатомической связи менингеальных и периферических лимфососудов головы и шеи человека и грызунов разного возраста.
  • Разработана математическая модель глиальной регуляции потока интерстициальной жидкости во время сна.
  • Получены новые методы функциональной картографии и трехмерной функциональной визуализации сети лимфатических сосудов головного мозга и его оболочек человека и мыши/крысы.
  • Получены новые научные данные об эффективности применения в условиях патологии разработанных на первом этапе технологий нелинейного частотного и амплитудного анализа ЭЭГ/ЭМГ/ЭОГ/ЭКГ, включая методы распознавания образов нейронной сети, для выявления медленных волн сна (на примерах болезни Альцгеймера и неонатальных геморрагий).
  • Разработаны программное обеспечение и автоматизированная станция на основе методов машинного обучения для выявления медленных волн сна в условиях нормы и патологии в момент открытия «терапевтических окон сна».
  • Получены научные данные о повышении дренажной и очистительной функций мозга за счет неинвазивной стимуляции выявленных на втором этапе «терапевтических окон сна», заложенных в медленной волновой активности спящего мозга.
  • Разработаны технологии детектирования стадии глубокого сна в первые дни после рождения и фотостимуляции лимфатического выведения крови из тканей мозга новорожденных детей с внутрижелудочковыми кровоизлияниями. Создано программное обеспечение для автоматизированой подачи фотовоздействия в момент глубокого сна.
  • В клинических исследованиях на здоровых добровольцах и пациентах с когнитивными нарушениями установлено, что неинвазивное звуковое воздействие бинауральным звуком сопровождается изменениями электрофизиологических паттернов, сопряженных с активацией глимфатической системы. Проведен анализ влияния дефицита сна и бинаурального звука на содержание бета-амилоида в крови у здоровых добровольцев. Установлено, что депривация сна сопровождается снижением уровня бета-амилоида в крови у испытуемых, что косвенно свидетельствует о его аккумуляции в тканях мозга и что согласуется с другими результатами с применением позитронноэмиссионной томографии.
  • Изучены механизмы фотостимулирующих эффектов на дренажную и очистительную функции менингеальных лимфатических сосудов у мышей.
  • Разработан портативный аппарат в виде шапочки для ночной терапии выведения продуктов крови и токсинов из мозга новорожденных детей.
  • Создан аппаратно–программный комплекс для мониторинга электроэнцефалограмм (ЭЭГ) сна у грызунов, который позволяет в режиме реального времени автоматически определять стадию медленного сна с целью включения в этот период лазерного воздействия на лимфатическую систему оболочек мозга.
  • Разработана технология фотостимуляции лимфатического выведения продуктов крови из тканей мозга взрослых и новорожденных мышей.
  • Разработана технология ночной фотостимуляции лимфатического выведения из тканей мозга мышей бета-амилоида.
  • Разработана технология звуковой стимуляции лимфатического выведения из тканей мозга мышей бета-амилоида.
  • Разработан новый подход для анализа биомедицинских сигналов ЭЭГ для поиска и количественной оценки колебательных паттернов на базе непрерывного вейвлетного преобразования.
  • Проведено исследование когерентности процессов дыхания и парасимпатической регуляции ритма сердца для людей различных возрастных групп в состоянии бодрствования, во сне с быстрым движением глаз и в глубоком сне.
  • Предложен метод расчета индекса суммарного процента фазовой синхронизации составляющих сигналов RR-интервалов и артериального давления в низкочастотном диапазоне 0.05-0.15 Гц.
  • Разработаны новые теоретические концепции о сне как о системном маркере состояния ГЭБ. Разработаны модели активации ночных процессов дренажа тканей мозга и их возможные механизмы.
  • Разработана интерактивная база данных сети лимфатических сосудов мозга и его оболочек в виде 3D атласа с применением цифровых технологий создания мультимедийных объектов, виртуальной реальности, трёхмерной компьютерной графики и машинного обучения.

Внедрение результатов исследования:

  1. Патент РФ 2766527. Способ стимуляции очистительной функции лимфатической системы мозга / О.В. Семячкина-Глушковская, Ю.Г. Куртц, А.А. Широков, А.П. Хороводов, А.В. Терсков, А.И. Дубровский, В.В. Тучин, А.Н. И.В. Федосов, Башкатов, Е.А. Генина, А.Т. Мамедова, М.М. Климова, И.А. Блохина, Н.Д. Лежнев. Опубл. 15.03.2022. № 8. 
  2. Патент РФ 210873. Устройство высокоточного измерения внутричерепного давления. И.В. Федосов, А.Б. Агеев, О.В. Семячкина-Глушковская. Опубл. 12.05.2022. № 15.
  3. Патент РФ 2781740. Способ детектирования состояния глубокого сна. А.Б. Агеев, И.В. Федосов, О.В. Семячкина-Глушковская. Опубл. 17.10.2022. Бюл. № 29.
  4. Патент РФ 2740123. Способ лазерной биомодуляции и повышения проницаемости гематоэнцефалического барьера / В.В. Тучин, О.В. Семячкина-Глушковская, Э.А. Генина, А.Н. Башкатов; Опубл. 11.01.2021. Бюл. № 2

Образование и переподготовка кадров:

  • Разработана и внедрена программа подготовки магистров «Современные технологии визуализации и анализа живых систем».
  • Разработаны 3 программы повышения квалификации.
  • Изданы 2 монографии и 1 учебное пособие.
  • Проведена научная стажировка для 2 аспирантов с 22 ноября по 21 декабря 2021 года в Междисциплинарном центре медицины сна университетской клиники Charité (Interdisciplinary Center of Sleep Medicine, Charité Universitätsmedizin Berlin).
  • Проведена 1-я Зимняя Онлайн-школа «Клиренс мозга и сложные системы» (1st Winter On-line School on “Brain Clearance Meets Complex Systems”).
  • Защищены 2 докторские диссертации, 1 диссертация PhD и 2 кандидатских диссертации.
  • Подготовлены 7 бакалавров, 1 специалист, 2 магистра.
  Сотрудничество:

  • Междисциплинарный центр сомнологии клиники Шарите (Германия): Проводятся стажировки молодых ученых по изучению применения методов машинного обучения и рекуррентного анализа, которые применяются к биомедицинским данным для классификации состояний организма (сон, бодрствование, оценка проницаемости гематоэнцефалического барьера и др.), а также предсказания появления критических состояний организма (появления патологий).
  • Лаборатория кардиоваскулярной физики Берлинского университета им. Гумбольда (г. Берлин, Германия): Проводятся стажировки ученых лаборатории с целью изучения применения методов нелинейного анализа для прогнозирования развития сосудистых катастроф мозга, включая технологии оценки состояния гематоэнцефалического барьера в условиях бодрствования и сна.
  • Отдел сомнологии в клинике Шарите в г. Берлин (Германия): Проводятся стажировки по обучению сотрудников лаборатории проведения исследований природы сна и выявления ранних маркеров риска развития нейродегенеравивных заболеваний на основе применения методов машинного обучения и нелинейной динамики.
  • Биомедицинская лаборатория в Хуачьжонском университете в г. Ухань (Китай): Проводятся совместные исследования по разработке технологии фотоуправления лимфатическими процессами выведения из тканей мозга ненужных метаболитов и токсинов.
  • Медицинская школа Южно-Мексиканского университета в г. Альбукерке (США): Проводятся совместные исследования ночной активации лимфатической системы оболочек мозга во время сна у здоровых добровольцев с применением функциональной магнитно-резонансной томографии.
  • ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. В.И. Разумовского» (Россия).
  • Научный центр ИБФРМ РАН «Симбиоз» (Россия).
  • МНОЦ «Биофотоника»(Россия).
  • ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины» (Россия).

Скрыть Показать полностью
Oxana Semyachkina-Glushkovskaya, Ivan Fedosov, Alexander Shirokov, Elena Vodovozov, Anna Alekseev, Alexandr Khorovodov, Inna Blokhina, Andrey Terskov, Aysel Mamedova, Maria Klimova, Alexander Dubrovsky, Vasily Ageev, Ilana Agranovich, Valeria Vinnik, Anna Tsven, Sergey Sokolovski, Edik Rafailov, Thomas Penzel, Jürgen Kurths
Photomodulation of lymphatic delivery of liposomes to the brain bypassing the blood-brain barrier: new perspectives for glioma therapy. Journal of Nanophotonics. 2021, pp. 000010151520210212. https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0212. IF=8.499 (Q1)
Semyachkina-Glushkovskaya, O.; Mamedova, A.; Vinnik, V.; Klimova, M.; Saranceva, E.; Ageev, V.; Yu, T.; Zhu, D.; Penzel, T.; Kurths, J.
Brain Mechanisms of COVID-19-Sleep Disorders. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 6917. https://doi.org/10.3390/ijms22136917. IF=4.556 (Q1). Has the status of a highly peer-reviewed article in MDPI in 2021.
Anastasiya Runnova, Maksim Zhuravlev, Rodion Ukolov, Inna Blokhina, Alexander Dubrovski, Nikita Lezhnev, Evgeniya Sitnikova, Elena Saranceva, Anton Kiselev, Anatoly Karavaev, Anton Selskii, Oxana Semyachkina-Glushkovskaya, Thomas Penzel & Jurgen Kurths.
Modified wavelet analysis of ECoG-pattern as promising tool for detection of the blood–brain barrier leakage. Scientific Reports 11, 18505 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-97427-9. IF= 4.379 (Q1)
Karavaev A.S., Ishbulatov Yu.M., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Kiselev A.R., Runnova A.E., Hramkov A.N., Semyachkina-Glushkovskaya O.V., Kurths J., Penzel T.
Simulating dynamics of circulation in the awake state and different stages of sleep using non-autonomous mathematical model with time delay. Front. Physiol., 13 January 2021 | https://doi.org/10.3389/fphys.2020.612787. IF= 4.134 (Q1)
Nadezhda Semenova, Konstantin Segreev, Andrei Slepnev, Anastasia Runnova, Maxim Zhuravlev, Inna Blokhina, Alexander Dubrovsky, Oxana Semyachkina-Glushkovskaya, Jurgen Kurths
Non-invasive analysis of blood-brain barrier permeability based on wavelet and machine learning approaches. Eur. Phys. J. Plus (2021) 136:736 https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-021-01715-2. IF= 3.228 (Q1)
Oxana Semyachkina-Glushkovskaya, Dmitry Postnov, Anastasia Lavrova, Ivan Fedosov, Ekaterina Borisova, Vladimir Nikolenko, Thomas Penzel, Jurgen Kurths, Valery Tuchin
Biophotonic Strategies of Measurement and Stimulation of the Cranial and the Extracranial Lymphatic Drainage Function. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 27, no. 4, pp. 1-13, July-Aug. 2021, Art no. 7400313, doi: 10.1109/JSTQE.2020.3045834. IF = 4.917 (Q1)
A.N. Pavlov, A.I. Dubrovsky, A.A. Koronovskii Jr., O.N. Pavlova, O.V. Semyachkina-Glushkovskaya, and J. Kurths
Extended detrended fluctuation analysis of EEG signals during sleep and the opening of the blood-brain barrier. Chaos 30, 073138 (2020); https://doi.org/10.1063/5.0011823 (Q1)
Yurii M. Ishbulatov, Tatiana S. Bibicheva, Vladimir I. Gridnev, Mikhail D. Prokhorov, Marina V. Ogneva, Anton R. Kiselev and Anatoly S. Karavaev
Contribution of Cardiorespiratory Coupling to the Irregular Dynamics of the Human Cardiovascular System. Mathematics 2022, 10, 1088. https://doi.org/10.3390/math10071088. IF= 2.84 (Q1)
Semyachkina-Glushkovskaya O., Postnov D., Penzel T., Kurths J.
Sleep as a Novel Biomarker and a Promising Therapeutic Target for Cerebral Small Vessel Disease: A Review Focusing on Alzheimer’s Disease and the Blood-Brain Barrier. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 6293; doi:10.3390/ijms21176293 (Q1)
Патент РФ 2766527. Способ стимуляции очистительной функции лимфатической системы мозга / О.В. Семячкина-Глушковская, Ю.Г. Куртц, А.А. Широков, А.П. Хороводов, А.В. Терсков, А.И. Дубровский, В.В. Тучин, А.Н. И.В. Федосов, Башкатов, Е.А. Генина, А.Т. Мамедова, М.М. Климова, И.А. Блохина, Н.Д. Лежнев. Опубл. 15.03.2022. № 8.
Изобретение относится к экспериментальной нейрореабилитационной и неонатальной медицине, а также сомнологии для фотовоздействия на лимфоток оболочек мозга, головы и шеи с целью повышения восстановительных свойств мозга во время сна после перенесенных черепно-мозговых травм, интракраниальных геморрагий, при лечении опухолей и патологий мозга, сопровождающихся накоплением токсинов в центральной нервной системе, в том числе при болезни Альцгеймера и Паркинсона. Способ стимуляции очистительной функции лимфатической системы мозга путём фотовоздействия на лимфатические сосуды, отличающийся тем, что воздействие осуществляют неинвазивно излучением инфракрасного диапазона с мощностью, не превышающего порога фотоповреждения, на зоны расположения лимфатических сосудов оболочек мозга во время стадии глубокого сна на протяжении всего цикла сна, который регистрируют на электроэнцефалограмме, однократно или курсом.
Патент РФ 210873. Устройство высокоточного измерения внутричерепного давления. И.В. Федосов, А.Б. Агеев, О.В. Семячкина-Глушковская. Опубл. 12.05.2022. № 15.
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам измерения внутричерепного давления инвазивным способом с помощью интегральных датчиков давления и специального устройства крепления. Устройство измерения внутричерепного давления лабораторного животного, содержащее платформу, предназначенную для установки на череп животного, с расположенным на ней съемным измерительным датчиком давления, снабженным выходом для подключения к блоку обработки данных, платформа имеет отверстие для соединения датчика с субарохноидальным пространством, отличающееся тем, что платформа снабжена патрубком, размещенным в ее нижней части соосно с отверстием, измерительный датчик закреплен на платформе при помощи винта с возможностью многократного герметичного соединения с субарохноидальным пространством посредством соединения платформы с костью черепа при помощи компаунда, причем устройство снабжено отводом для подключения катетера.
Патент РФ 2781740. Способ детектирования состояния глубокого сна. А.Б. Агеев, И.В. Федосов, О.В. Семячкина-Глушковская. Опубл. 17.10.2022. Бюл. № 29.
Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к устройствам физиотерапевтического воздействия световым излучением, преимущественно для новорожденных. Устройство для транскраниальной фототерапии в состоянии сна, преимущественно для новорожденных, включающее корпус для размещения на голове пациента и функциональные узлы для облучения и управления процессом фототерапии, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде головного убора - текстильной шапочки, в которой выполнены внутренние карманы для размещения функциональных узлов, соединенных гибкими соединительными шинами, при этом узлы имеют корпуса, форма которых и их расположение обусловлены анатомическими и физиологическими особенностями и положением пациента в состоянии сна, а узел для облучения расположен в затылочной части.
Патент РФ 2740123. Способ лазерной биомодуляции и повышения проницаемости гематоэнцефалического барьера / В.В. Тучин, О.В. Семячкина-Глушковская, Э.А. Генина, А.Н. Башкатов; Опубл. 11.01.2021. Бюл. № 2
Изобретение относится к медицине, а именно к методу управления функциональным состоянием мозга, в том числе гемато-энцефалическим барьером (ГЭБ), в частности, к оптическому управлению функциональноо состояния мозга, включая ГЭБ и может быть использовано для малоинвазивного воздействия на клетки и сосуды головного мозга для обеспечения усиленной их проницаемости для патологических продуктов метаболизма и лекарственных препаратов при лечении опухолей мозга, инсультов, мигрени, депрессии, болезни Альцгеймера и других заболеваний головного мозга. Способ лазерной биомодуляции и повышения проницаемости гематоэнцефалического барьера, включающий воздействие лазерного излучения на выбранную область головы, отличающийся тем, что плотность мощности излучения определяют методом Монте Карло по размеру черепа, толщине кожи головы, подлежащих мягких тканей, кости черепа, твердой мозговой оболочки, церебрально-спинальной жидкости, серого и белого вещества мозга из условия обеспечения плотности мощности в области патологии мозга в интервале 5 – 20 мВт/см2, при этом длину волны излучения выбирают в пределах, лежащих в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн на линиях поглощения молекулярного кислорода.
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория микроангиопатических механизмов атерогенеза

Санкт-Петербургский государственный университет - (СПбГУ)

Фундаментальная медицина

Санкт-Петербург

Орлов Сергей Владимирович

Россия

2022-2024

Научно-исследовательская лаборатория «Молекулярная иммунология»

Казанский (Приволжский) федеральный университет - (КФУ)

Фундаментальная медицина

Казань

Симон Ханс-Уве

Швейцария, Германия

2021-2023

Лаборатория тераностики в урологической онкологии

Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова Минздрава России - (Сеченовский университет)

Фундаментальная медицина

Москва

Тьери Жан Поль Роджер

Франция

Хайдуков Евгений Валерьевич

Россия

2019-2021