НИЛ биопротезирования и кардиопротекции

Основные направления научной работы Разработка технологий адресной доставки лекарственных препаратов различных фармакологических групп в зону повреждения, а именно в ишемизированный миокард и к злокачественным новообразованиям. Разработка технологии контактной гемомодуляции и малообъемной гемоперфузии для лечения больных с различными видами патологии. Исследование системных эффектов формирующегося после выполнения различных типов бариатрических операций профиля гастроинтестинальных гормонов.

Торопова Яна Геннадьевна Руководитель НИЛ биопротезирования и кардиопротекции, ведущий научный сотрудник, к.б.н. Сотрудники лаборатории Положение о лаборатории

• Изучение эндотелиальной дисфункции как звена патогенеза различных заболеваний.
• Разработка средств профилактики несостоятельности хирургического аппаратного шва на основе биополимеров.
• Разработка и валидация экспериментальных моделей доксорубицин-индуцированной кардиомиопатии с фиброзными изменениями. Разработка подоходов к превенции и лечению доксорубицин-индуцированной кардиомиопатии с фиброзными изменениями.

Ключевые достижения лаборатории

НИЛ биопротезирования и кардиопротекции в рамках научно-образовательного кластера «Трансляционная медицина» сотрудничает с Санкт-Петербургским государственным электротехническим университетом «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) по разработке технологий адресной магнитоуправляемой доставки лекарств в ишемизированный миокард и к опухолям.

За 2015—2016 годы исследован вопрос о возможности магнитных наночастиц выступить в качестве средства адресной доставки лекарств. Совместно с сотрудниками Института молекулярной биологии и генетики исследована цитотоксичность различных типов магнитных наночастиц. При участии сотрудников НИЛ нанотехнологий Института экспериментальной медицины получены и опубликованы данные по биосовместимости и биораспределению магнитных наночастиц, синтезированных различными способами. Совместно с сотрудниками НИЛ нанотехнологий разработана концепция магнитоуправляемой доставки лекарств в ишемизированный миокард, адаптированы методики перфузии изолированного сердца крысы по Лангендорфу, моделирования ишемии-реперфузии в условиях in vivo для изучения эффективности магнитоуправляемой доставки лекарств.

Совместно с НИО микроциркуляции и метаболизма миокарда (О. В. Корнюшин)  проводятся исследования по изучению системных эффектов различных видов бариатрических операций. На сегодняшний день выполнен ряд экспериментов по изучению кардио- и эндотелиопротективного эффектов формирующегося после различных видов бариатрических операций профиля гастроинтестинальных гормонов.

Совместно с НИО микроциркуляции и метаболизма миокарда, НИЛ хирургической коррекции метаболических нарушений (О. В. Корнюшин) идет разработка технологии профилактики несостоятельности аппаратного шва в хирургии. Проведены пилотные исследования по изучению эффективности применения биодеградируемых пленочных покрытий различного состава на экспериментальной модели несостоятельности аппаратного хирургического шва у крыс.

В рамках разработки методов малообъемной перфузии (проф. С. И. Кузнецов) основными задачами являются:
— разработка твердофазных препаратов контактного взаимодействия с кровью определенной специфичности;
— конструирование гемоконтактных устройств;
— изучение механизмов действия данных гемоконтактных препаратов;
— оценка спектра их гемомодулирующей активности;
— создание методов малообъемной гемоперфузии.

Сотрудники НИЛ, входящие в состав рабочей группы по подготовке к запуску вивария для SPF животных Института экспериментальной медицины, приняли активное участие в составлении технологического регламента вивария, стандартных операционных процедур, а также дооснащения и запуска вивария.

Повышение квалификации сотрудников лаборатории

В 2016 году сотрудники НИЛ биопротезирования и кардиопротекции прошли обучение на базе ФГБУ «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Минздрава России в рамках программы повышения квалификации «Правила организации и проведения доклинических исследований лекарственных средств – GLP».

В 2017 году сотрудники прошли обучение на базе ФГБУН «Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства»: «Организация и проведение доклинических исследований в соответствии с принципами надлежащей лабораторной практики GLP ОЭСР».

Участие в государственных заданиях

• Исследование фармакокинетики, безопасности и специфической активности внутривенного введения никотинамид рибозида при доксорубициновой кардиомиопатии (регистрационный номер АААА-А19-119070490037-5). Руководитель: Торопова Я.Г.

Основные результаты:

Разработана и верифицирована модель хронической доксорубициновой кардиомиопатии на крысах со снижением фракции выброса. Оптимальные кумулятивные дозы введения доксорубицина, обеспечивающие клинические проявления, подтвержденные эхокардиографическими, гистологическими изменениями, характерные для развития хронической доксорубициновой кардиотоксичности с фиброзным поражением миокарда левого желудочка, и обеспечивающие при этом длительное выживание животных находятся в пределах от 10 до 5 мг/кг доксорубицина. На разработанной экспериментальной модели хронической доксорубицин-индуцированной кардиомиопатии произведена оценка протективного эффекта внутривенного введения крысам предшественника НАДН никотинамид рибозида. Показано, что на фоне дробного режима введения никотинамид рибозида на момент окончания эксперимента наблюдалось наименее выраженное снижение сократительной способности миокарда.

• Роль металлопротеаз в патогенезе опухолевого процесса и активации системы гемостаза при опухолевом росте (регистрационный номер АААА-А19-119070490035-1). Руководитель: Торопова Я.Г.

Основные результаты:

Разработана и верифицирована модель сингенная животная модель метастатической меланомы на крысах, изучена динамика метастазирования опухоли. Произведена количественная оценка содержания некоторых представителей семейства металлопротеиназ и их тканевого ингибитора, а также оценка корреляционной зависимости между ними. Полученные данные могут быть использованы в дальнейших исследованиях изучения механизмов опухолевого процесса и разработки нового поколения ингибиторов с целью успешного лечения меланомы и повышения общего уровня продолжительности жизни пациентов.

• Разработка подходов для связывания и инактивации вируса SARS-CoV-2 в организме пациента с COVID-19 и экстракорпорально с использованием рекомбинантных генноинженерных белков (регистрационный номер 121031100284-7). Руководитель: Чебуркин Ю.В.

Основные результаты:

Получен ПЦР фрагмент кодирующей последовательности гена ACE2, который был заклонирован в вектор pUltra-Hot-PuroR; гена TMPRSS2, который был заклонирован в вектор pUltra-Hot-PuroR; гена FURIN, который был заклонирован вектор pUltra-Hot-PuroR-MCS; гена DPP4, который был заклонирован в вектор pUltra-Hot-PuroR-CD19-p2a. Получены лентивирусные частицы, несущие рецепторный hАСЕ2 для трансдукции эукариотических клеток HeLa. Трансфецированы клеточные линии млекопитающих с реагентом PEI MAX и эукариотические клеточные линии лентивирусным вектором. Проведена оценка экспрессии целевого трансгена hACE2 методом количественной ПЦР в реальном времени. Накоплен, выделен и аффинно очищен рекомбинантный белок растворимого ACE2, содержащий мышиный и человеческий Ig-тэги. Выбран способ иммобилизации белков на наночастицах кремнеземы (SiO2) и получены полимерные наночастицы PLGA. Синтезированы наночастицы, конъюгированные с красящим детектором индоцианином-зеленым (PLGA-ICG). Изучена взаимосвязь между концентрацией в сыворотке крови витамина D (фактор, вероятно влияющий на проникновение в клетку SARS-CoV-2) и COVID-19. Разработаны подходы к технологии связывания, деактивации и элиминации вируса из биологических жидкостей с помощью рекомбинантных белков, являющихся его мишенями. Предложены варианты создания рекомбинантных «ловушек», не обладающих резорбтивным эффектом, для использования в виде энтеросорбента и ингаляционного препарата.

• Разработка твердофазных гранулированных препаратов для контактной гемомодуляции и активации репаративных процессов при повреждениях различной этиологии (ожоги, раневой процесс, СД) (регистрационный номер АААА-А18-118042390118-0). Руководитель: Кузнецов С.И.

Основные результаты:

В рамках реализации Государственного задания проведена оценка влияния контакта сверхсшитого полистирола и двух кремнеземов с венозной кровью человека в условиях in vitro на реакцию клеточных элементов крови и изменение ее физико-химических параметров. Определены перспективные кандидаты для использования в дальнейшей работе в качестве нейтральных матриц для конструирования специфических гемоактиваторов. Проведены исследования спектральных характеристик плазмы крови человека после контакта с с различными сорбентами in vitro. Определена наиболее удачная модификация для дальнейшего исследования при создании гемоконтактных препаратов.

Проведено экспериментальное обоснование использования хитозана (пленок и волокон) в процедуре МОГ, а также применения его в качестве нейтральной матрицы для конструирования специфических гемоактиваторов в эффективных медицинских схемах лечения различных заболеваний у человека.

• Разработка программно- аппаратного комплекса для дистантного кондиционирования миокарда на основе локальной абдоминальной декомпрессии (регистрационный номер АААА-А18-118042390122-7). Руководитель: Галагудза М.М.

Основные результаты:

Разработана установка для локальной абдоминальной декомпрессии крыс, проведена серия опытов. В экспериментальной группе животные подвергались сеансу локальной абдоминальной декомпрессии (выбранный тестируемый режим разрежения воздуха в камере — 5-6 КПа, сеанс однократный, продолжительность 5 минут, после чего к ним применяли модель острой ишемии-реперфузии миокарда. К животным контрольной группы применяли ту же модель, но без предварительной локальной абдоминальной декомпрессии. При анализе размеров зон некроза и риска на срезах миокарда (окраска синим Эванса) не было выявлено достоверной разницы. Подготовлены пробы крови для анализа ее газового и химического состава. На основе результата анализа проб крови будет скорректирован режим сеанса локальной абдоминальной дкомпрессии (увеличены уровень разряжения воздуха и число эпизодов).

Участие в грантах

В 2021 году сотрудники отдела учувствовали в исследованиях и разработках в рамках грантов:

• Грант на выполнение крупных научных проектов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № 075-15-2020-800 на тему «Разработка новых технологий профилактики и лечения сердечной недостаточности на основе нейромодуляции». Руководитель: Галагудза М.М.

Полученные результаты:

Разработаны протоколы валидации модели фибрилляции предсердий и методики лазерной аблации почечных артерий и легочной артерии у крупных животных с моделью артериальной гипертензии и легочной гипертензии. Получены клеточные модели влияния адипокинов на электрическую и механическую активность кардиомиоцитов. Получены данные о роли симпатической нервной системы в ремоделировании правого желудочка и сосудов малого круга кровообращения на модели хронической тромбоэмболической легочной гипертензии путем блокады звездчатого ганглия. Разработаны протоколы валидации способов прогнозирования выживаемости у пациентов с сердечной недостаточностью, находящихся в стабильной фазе заболевания, и получающих оптимальную терапию, в том числе высокотехнологичную.

• Грант РНФ № 18-15-00153 на проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований на тему «Разработка стратегии защиты миокарда от ишемического и реперфузионного повреждения, основанной на управляемом изменении состава кишечной микробиоты». Руководитель: Галагудза М.М.

В эксперименте in vivo у крыс на модели окклюзии левой коронарной артерии у крыс отмечено максимальное увеличение размера инфаркта на 58% в группе с предварительным многоразовым подкожным введением мозгового нейротрофического фактора BDNF, что подтверждает нашу гипотезу о возможном снижении толерантности миокарда к ишемическому-реперфузионному повреждения при участии данного нейротрофического фактора.

В хроническом опыте с имплантированной телеметрической системой Stellar впервые показана возможность использования пробиотических препаратов для лечения острого системного воспалительного процесса с нормализацией гемодинамических параметров, что что открывает трансляционную перспективу для разработки новых протоколов лечения в ветеринарной и клинической медицине.

В поведенческих тестах у крыс с системной воспалительной реакцией после многократного введения пробиотических препаратов показано восстановление ряда параметров до уровня контрольных значений.

По результатам исследования во втором полугодии принято к печати в рецензируемые издания 2 статьи.

• Грант РФФИ № 20-015-00552 на выполнение фундаментальных научных исследований на тему «Исследование механизмов влияния гипотермического кондиционирования на состояние миокарда и микроциркуляторного русла донорского сердца, полученного от асистолического донора». Руководитель: Галагудза М.М.

В ходе исследования была показана потенциальная возможность использования сердца спустя 10 минут после необратимой остановки кровообращения, были определены временные точки, после которых наступает резкое увеличение объёма необратимого повреждения миокарда и ухудшение состояния микроциркуляторного русла. Была доказана эффективность гипотермической перфузии висцеральных полостей, как метода экстренного кондиционирования «аварийных» доноров

А также сотрудники НИЛ участвовали в выполнении работ по Гранту РНФ «Разработка персонализированной терапии ожирения и сахарного диабета 2 типа в целях снижения сердечно-сосудистых рисков», по гранту КОМФИ (РФФИ) «Формирование изображений биологических тканей (биоимиджинга) с помощью использования магнитных наночастиц и гиперосмотических агентов».