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

Приглашенный ученый Лянь Син-Цзе Китай
Номер договора
075-15-2021-596
Период реализации проекта
2021-2023

По данным на 01.11.2022

18
Количество специалистов
13
научных публикаций
1
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Проект направлен на разработку прорывной смарт-нанотехнологии для лечения остеоартрита, основанной на применении эффективно регулирующих локальные воспалительные реакции и стимулирующих регенерацию внеклеточных матрикс-связанных везикул (МСВ) и их функционализации магнитными наночастицами. Разрабатываемая инновационная наносистема в сочетании с традиционно применяемой в ортопедии магнитной физиотерапией позволит направлено воздействовать на поврежденные ткани и иммунные клетки, обеспечивая эффективные персонализированные решения в области регенеративной медицины и наномедицины для лечения остеоартрита.

Название проекта: Разработка смарт-нанотехнологии для лечения остеоартрита


Цели и задачи

Для достижения целей лаборатории были поставлены следующие задачи:

  • Разработка эффективного способа усиления накопления и выделения МСВ;
  • Установление состава МСВ, включая анализ липидного и белкового профиля, РНК секвенирование;
  • Выявление молекулярных особенностей взаимодействия МСВ с иммунными клетками;
  • Разработка автоматизированного комплекса с помощью трехмерной ультразвуковой системы и сверточных нейронных сетей;
  • Модификация их поверхности для обеспечения направленной доставки в место повреждения хрящевой ткани и переключения фенотипа иммунных клеток;
  • Разработка метода управления ими внешним магнитным полем;
  • Установление тропности разработанной наносистемы, ее безопасности и эффективности в животной модели (крысы, бараны/минипиги).
Практическое значение исследования

Научные результаты:

Осуществлены научные разработки по следующим направлениям:

  • Получение, выделение и биобанкирование МСВ.
  • МСВ как специфические медиаторы регуляции воспаления и стимуляции регенерации.
  • Модификация МСВ магнитными наночастицами (МНЧ) и метод управления одифицированными МСВ внешним магнитным полем.
  • Уникальный компьютерный анализатор экспертного уровня на основе искусственного интеллекта для автоматического определения патологии тазобедренного сустава.

Разработаны способы выделения мультипотентных мезенхимных стромальных клеток из различных источников. Разработаны способы стимуляции синтеза и накопления клетками внеклеточного матрикса с применением макромолекулярного краудинга. Разработан способ получения МСВ из монослойных культур клеток и клеточных сфероидов.

Проведен сравнительный анализ накопления МСВ в зависимости от типа клеток и условий их культивирования. Пиковый диаметр МСВ, выделенных из различных типов клеток при различных условиях культивирования, составляет 40-120 нм. Разработан протокол биобанкирования МСВ без разрушения их структуры. Показано, что МСВ стабильны и как минимум в течение 30 дней могут храниться при -80оС без криопротектора, устойчиво сохраняя структуру и морфологию.

Изучены уникальные протеомный и транскриптомный профили МСВ, обеспечивающие их функциональную активность в регуляции межклеточной коммуникации, модуляции регенеративных процессов и воспалительной реакции. Собраны данные о взаимодействии внеклеточных везикул с клетками и внеклеточным матриксом, рассмотрены существующие способы моделирования этих взаимодействий, проработаны модификации моделей.

Для разработки метода управления модифицированными МСВ внешним магнитным полем проведены расчёты неинвазивной регистрации МНЧ с помощью датчиков магнитного поля, предложено использование сверхчувствительных пленочных наноструктурированных датчиков слабого магнитного поля с пороговым разрешением ≤10 нТл. Установлена связь магнитных свойств МНЧ с их размерами, концентрацией и распределением, проанализирована динамика остаточной намагниченности МНЧ, покрытых биосовместимой оболочкой. Найдены оптимальные концентрации для визуализации модифицированных МСВ in vivo методом рентгеновской микротомографии.

Разработаны биосенсоры для визуализации нановезикул, а также клеточных и субклеточных структур с применением Рамановской микроскопии, а также усовершенствован новый метод терагерцовой (ТГц) микроскопии для визуализации биологических тканей с субволновым пространственным разрешением, позволяющий преодолеть дифракционный предел Аббе.

Для ранней диагностики, прогнозирования развития остеоартрита и оценки эффективности терапии создан уникальный компьютерный анализатор экспертного уровня на основе искусственного интеллекта. Анализатор представлен в двух основных вариантах: облачное, сокращающее затраты на поддержку, обслуживание и обновление и, так называемое, stand-alone для минимизации рисков при низком качестве соединения с интернетом. Создана обширная база данных изображений, насчитывающая уже более 5 тысяч МРТ исследований, разработаны и валидированы методы автоматической сегментации изображений. Компьютерная модель показала свою устойчивость к МРТ изображениям, полученным от различных производителей оборудования и имеющих различные параметры. Разработанный сервис разметки сбора данных предикторов остеоартрита тазобедренного сустава отвечает всем требованиям по авторизации и хранению размеченных данных, является удобным и доступным инструментом для выполнения масштабных исследований для дообучения существующих моделей или создания новых.

Компьютерная модель автоматического определения патологии тазобедренного сустава дала возможность проанализировать уже более 200 реальных клинических случаев.

Внедрение результатов исследования:

Ведется разработка персонализированной технологии лечения остеоартрита, основанной на применении нового типа биологически активных регуляторов воспаления и регенерации - секретируемых клетками МСВ, и их функционализации магнитными наночастицами. Разработан новый способ получения специфических медиаторов регуляции воспаления и стимуляции регенерации - МСВ из монослойных культур клеток и клеточных сфероидов. Разработан метод управления модифицированными МСВ внешним магнитным полем. Разработаны биосенсоры для визуализации нановезикул, усовершенствованы подходы визуализации биологических тканей с высоким пространственным разрешением.

Образование и переподготовка кадров:

  • Подготовлен и издан первый в России учебник по Регенеративной медицине. Регенеративная медицина: учебник / под. Ред. П.В. Глыбочко, Е.В. Загайновой. – Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2023. – 456с.:ил. - DOI:10/33029/9704-7535-5-REG-2023-1-456. ISBN 978-5-9704-7535-5.
  • Разработаны и внедрены в учебный процесс 3 образовательные программы – дисциплины вариативной части для студентов специальности «Педиатрия» ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет): 1) «Биодизайн и персонализированное здравоохранение. Модуль 1. Эмбриология млекопитающих»; 2) «Биодизайн и персонализированное здравоохранение. Модуль 3. Общая тканевая инженерия»; 3) «Биодизайн и персонализированное здравоохранение. Модуль 5. Основы вспомогательных репродуктивных технологий».
  • Разработана и внедрена в учебный процесс образовательная программа обязательной дисциплины для студентов-магистров по направлению подготовки «Биология», профилю подготовки «Синтетическая биология и биодизайн» ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет): «Клеточная биология с основами эмбриологии».
  • Регулярно дважды в месяц с применением онлайн платформы Zoom организуются и проводятся семинары «Modern Advances in Biomedicine and Biophotonics».
  • Организовано и проведено с применением онлайн платформы Zoom два ежегодных международных Российско-китайских симпозиума «Будущее ортопедии: нанотехнологии и искусственный интеллект» (Russian-Chinese Symposium “Future Orthopedics: Nanotechnology and AI”).
  • В 2021 году 4 члена научного коллектива прошли повышение квалификации в ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Минздрава РФ» по дополнительной профессиональной программе «Фундаментальные направления общей патологии и патофизиологии».
  • В 2022 году 5 членов научного коллектива прошли повышение квалификации: в Балтийском федеральном университете им. И. Канта по дополнительным профессиональным программам повышения квалификации «Тайм-менеджмент»; «Adobe Illustrator. Часть 1», «Adobe Illustrator. Часть2», «Adobe Photoshop. Часть 1», «Adobe Photoshop. Часть 2», «Autodesk 3ds Max»; в ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Минздрава РФ» по дополнительной профессиональной программе «Актуальные проблемы современной биомедицины»; в Московской школе управления «СКОЛКОВО» по программе дополнительного профессионального образования «Основы управления образовательными экосистемами».

Сотрудничество:

Национальный центр нанонауки и технологий Китая, Университет Гуманитас (Италия), Питтсбургский университет (США), Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, ПАО «Вымпел-Коммуникации» (Россия): совместные исследования и публикации.

Скрыть Показать полностью
Lychagin, A., Cherepanov, V., Lipina, M., Tselisheva, E., Yurku, K., Yavlieva, H. Roza, Korkunov, A., Vyazankin, I.
Prognostic role of affected side of the sacroiliac joint in pain recurrence after total hip arthroplasty with prior manual correction of iliosacral dislocation: prospective randomized clinical study //International Orthopaedics. – 2022. – Т. 46. – №. 3. – С. 541-548. https://doi.org/10.1007/s00264-021-05240-w
Chailakhyan, R.K., Kon, E., Shekhter, A.B., Ivannikov, S.V., Telpukhov, V.I. Grosheva, A.G., Suslin, D.S., Vorobieva, N.N., Gerasimov, Y.V., Churbanov, S.N., Kotova, S., Fayzullin, A.L., Lychagin, A.V., Lipina, M.M., Timashev, P.S.
Autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells provide complete regeneration in a rabbit model of the Achilles tendon bundle rupture //International Orthopaedics. – 2021. – Т. 45. – №. 12. – С. 3263-3276. https://doi.org/10.1007/s00264-021-05168-1
Gerasimenko, A.Y., Kuksin, A.V., Shaman, Y.P., Kitsyuk, E.P., Fedorova, Y.O., Sysa, A.V., Pavlov, A.A., Glukhova, O.E.
Electrically Conductive Networks from Hybrids of Carbon Nanotubes and Graphene Created by Laser Radiation //Nanomaterials. – 2021. – Т. 11. – №. 8. – С. 1875. https://doi.org/10.3390/nano11081875
Fayzullin, A., Churbanov, S., Ignatieva, N., Zakharkina, O., Tokarev, M., Mudryak, D., Khristidis, Y., Balyasin, M., Kurkov, A., Golubeva, E.N., Aksenova, N.A., Dyuzheva, T., Timashev, P., Guller, A., Shekhter, A.
Local Delivery of Pirfenidone by PLA Implants Modifies Foreign Body Reaction and Prevents Fibrosis //Biomedicines. – 2021. – Т. 9. – №. 8. – С. 853. https://doi.org/10.3390/biomedicines9080853
Wang, Y., Xia, B., Huang, Q., Luo, T., Zhang, Y., Timashev, P., Guo, W., Li, F., Liang, X.-J.
Practicable Applications of Aggregation‐Induced Emission with Biomedical Perspective //Advanced Healthcare Materials. – 2021. – Т. 10. – №. 24. – С. 2100945. https://doi.org/10.1002/adhm.202100945
Rabchinskii, M. K., Sysoev, V. V., Glukhova, O. E., Brzhezinskaya, M., Stolyarova, D. Yu., Varezhnikov, A. S., Solomatin, M. A., Barkov, P. V., Kirilenko, D. A., Pavlov, S. I., Baidakova, M. V., Shnitov, V. V., Struchkov, N. S., Nefedov, Denis Yu., Antonenko, A. O., Cai, P., Liu, Z., Brunkov, P. N.
Guiding Graphene Derivatization for the On‐Chip Multisensor Arrays: From the Synthesis to the Theoretical Background //Advanced Materials Technologies. – 2022. – С. 2101250. https://doi.org/10.1002/admt.202101250
Peshkova, M., Lychagin, A., Lipina, M., Di Matteo, B., Anzillotti, G., Ronzoni, F., Kosheleva, N., Shpichka, A., Royuk, V., Fomin, V., Kalinsky, E., Timashev, P., Kon, E.
Gender-related aspects in osteoarthritis development and progression: a review //International Journal of Molecular Sciences. – 2022. – Т. 23. – №. 5. – С. 2767. https://doi.org/10.3390/ijms23052767
Zurina, I. M., Presniakova, V. S., Butnaru, D. V., Timashev, P. S., Rochev, Y. A., Liang, X. J.
Towards clinical translation of the cell sheet engineering: Technological aspects //Smart Materials in Medicine. – 2022. https://doi.org/10.1016/j.smaim.2022.09.002
Kosheleva, N. V., Efremov, Y. M., Koteneva, P. I., Ilina, I. V., Zurina, I. M., Bikmulina, P. Y., Shpichka, A.I., Timashev, P. S.
Building a tissue: Mesenchymal and epithelial cell spheroids mechanical properties at micro-and nanoscale //Acta Biomaterialia. – 2022. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.09.051.
Markov, A., Gerasimenko, A., Boromangnaeva, A. K., Shashova, S., Iusupovskaia, E., Kurilova, U., Nikitina, V., Suetina, I., Mezentseva, M., Savelyev, M., Timashev, P., Telyshev, D., Liang, X. J.
Multilayered Organic Semiconductors for High Performance Optoelectronic Stimulation of Cells //Nano Research. – 2022. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5130-8
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Медицинские технологии

Томск

Леднев Игорь Константинович

Россия, США

2021-2023

Лаборатория биомедицинской фотоакустики

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского - (СГУ)

Медицинские технологии

Саратов

Жаров Владимир Павлович

Россия

2018-2022

Научная лаборатория оптической когерентной томографии

Приволжский исследовательский медицинский университет Минздрава России - (ПИМУ Минздрава России)

Медицинские технологии

Нижний Новгород

Виткин Илья Алекс

Канада

Гладкова Наталья Дорофеевна

Россия

2013-2017