Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка мембранного каскадного электродиализатора для сепарации стволовых клеток и факторов роста с использованием функциональных микро-и нанобиопористых мембран

Номер контракта: 14.604.21.0151

Руководитель: Решетов Игорь Владимирович

Должность: заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет)
Организация докладчика: государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М.Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
трековые мембраны, аффинные мембраны, биологические активные вещества, факторы роста, 3д каркас, биоконструкция, стволовые клетки, нанобиоконструкции, нанотехнологии, технологии прототипирования, электородиализ, сепарация, изолирование, стволовые клетки, фактор роста.

Цель проекта:
Цели проекта: 1.1 Разработка технологии получения полностью сохранных биологически активных веществ, факторов роста и стволовых клеток из биологических сред. 1.2 Разработка мембранного каскадного электродиализатора обеспечивающего реализацию технологии получения полностью сохранных биологически активных веществ, факторов роста и стволовых клеток из биологических сред. 1.3 Разработка основных принципов получения каскадных микро-и нанобиопористых мембран с модифицированной пространственной конфигурацией для каскадного электродиализа на их основе, в том числе и с использованием мембран, модифицированных аффинными антителами к специфическим маркерам для выделения полностью сохранных биологически активных веществ, факторов роста и стволовых клеток из биологических сред, таких как кровь и жировые ткани. Задачи проекта: Разработка метода простого, быстрого и «деликатного» разделения ультратонких структур и биологически активных компонентов крови и жировых тканей, в частности, таких как стволовые клетки и факторы роста. Отработка методики формирования сложного пространственного 3D матрикса микро- наноперфорированных биосовместимых мембран. Разработка и методики верификации поверхностных биоактивных структур крови и жировой ткани. Оценка сохранности молекул после фильтрации в аспекте дальнейшего применения в медицине и биологии, в частности крайне важно сохранить белковые рецепторы плюрипотентных стволовых клеток для возможности топического воздействия. Разрабатываемые в рамках ПНИ методы выделения стволовых клеток и факторов роста позволят получать их в большом количестве и высокого качества очистки. Методы обогащения факторами роста, усиливающие неоваскуляризацию и выживаемость тжировых трансплантатов, которые позволят использовать стволовые клетки для повышения эффективности увеличения объема мягких тканей.

Основные планируемые результаты проекта:
Основным результатом работы является устройство каскадного электородиализа для сепарации и изолирования стволовых клеток и факторов роста основанного на применении микро-и наноструктурированных трековых мембран (набор биосовместимых микро-и нанопористых мембран с вариациями размера пор от 15 нм и более) ;
Разрабатываемые в рамках ПНИ методы выделения стволовых клеток и факторов роста будут основаны на мембранном разделением их под действием постоянного электрического поля позволят получать их в большом количестве и высокого качества очистки.
Возможными путям решения проблемы сепарации стволовых клеток и факторов роста может являться технология каскадного электрофореза и диализа на трековых мембранах как идеального сита. Метод каскадного электродиализа достаточно хорошо зарекомендовал себя в практике препаративного выделения целевых компонентов из сложных биологических объектов как кровь. Применение его позволит при определенных режимах вести быструю и «деликатную» сепарацию по типу применяемых в микро-и нанофлюидных устройствах. Одним из основных элементов каскадного диализатора являются трековые мембран с различными диаметрами пор от десятков микрон до десятков нанометров. Несмотря на свою простоту и эффективность метод каскадного электродиализа не используется для разделения стволовых клеток и факторов роста. Кроме того придание трековым мембранам аффинных свойств по отношению к выделяемым целевым компонентам с использованием методов ковалентного связывания позволит повысить селективность процесса за счет высокоселективного адсорбционного взаимодействия по принципу «антиген-антитело».
Мембраны для КЭД будут быть выполнены из ПЭТФ или ПК с различной пространственной конфигурацией и различающиеся по своим селективным свойствам по отношению к СК и ФР по ионно-трековой технологии получения гомогенных микрофильтрационных ТМ и асимметричных нанофильтрационных ТМ. В связи с вышесказанным, в работе по выполнению ПНИ предлагается провести комплексные исследования по созданию методики изготовления МНМ на основе полимерных пленок, прежде всего ПЭТФ. ТМ могут быть также модифицированы с целью снижения адсорбционных потерь водорастворимыми комплексообразующими полимерами. Также модифицированные ТМ могут обладать аффинными свойствами по отношению к целевым выделяемым компонентам на основании их модификации специфическими антителами по отношению к СК и ФР. Для прочного связывания нами будет разработан метод модификации с использованием полимера – грунта или праймера, способного к образованию прочной координационной химической связи с функциональными группами как ТМ, так и антител.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В итоге конечный продукт - каскадный мембранный электородиализатор будет обладать: способность к неразрушающей – «деликатной» фильтрации/сепарации компонентов крови, жировой ткани с заданной молекулярной массой и пространственной ориентировкой, а так же сохранения поверхностных рецепторов плюрипотентных стволовых клеток различных биологических сред типа рецептеров к SCF, IL-6, LIF и STAT-3; способность быстрого (не более 1 часа) выделения индивидуальных фракций целевых компонентов из объемов не более 1500 микролитров. Созданная система сепарации позволит упростить и повысить качество получения биологически активных веществ и стволовых клеток из крови и жировых тканей, т.е приблизиться по своим технологическим и эксплуатационным параметрам к универсальной.
Разрабатываемые характеристики метода сепарации и прибора – каскадного мембранного электородиализатора должны обеспечить его конкурентоспособность с существующими зарубежными аналогами в процессах атравматической сепарации/изоляции биологически активных веществ, факторов роста, стволовых клеток.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Назначение и область применения результатов проекта:
Применение результатов проекта перспективно в здравоохранения. В частности в регенеративной медицине и тканевой инженерии. Любой процесс в живых организмах нуждается в регуляторных факторах и если до последнего времени мы могли влиять на любые биологические процессы весьма косвенно, то в ближайшем будущем с применением нанотехнологий мы сможем перейти на качественно новый уровень. Селективное получение факторов роста таких, например, как тромбоцитарный фактор роста (PDGF), эпидермальный факторов роста, инсулино-подобный фактор роста позволит программировано влиять на дифференцировку стволовых клеток , регенерацию тканей и клеточную пролиферацию.
Эффекты от внедрения результатов проекта: Внедрение в российскую медицинскую науку методики получения стволовых клеток и факторов роста с помощью разработанных в результате ПНИ каскадных микро- и нанобиопористых мембран с модифицированной пространственной конфигурацией, на основе которых будет создан образец мембранного каскадного электродиализатора, который позволит вывести на новый уровень такие направления, как тканевая инженерия и биология, а также базирующиеся на этом новые революционные методики получения органов и тканей в различных направлениях клинической медицины. Это позволит внедрить в клиническую практику новые методики и существенно улучшить результаты лечения различных заболеваний.
Формы и объемы коммерциализации результатов проекта:
Создание прототипа прибора для широкого применения в медицине и биологии. Например, для интраоперационного получения факторов роста и сохранных стволовых клеток средней степени дифференцировки. Оптимизация данного процесса позволит поднять на качественно новый уровень оказания медицинской помощи и лечения по различным направлениям современной медицины

Текущие результаты проекта:
Разработан новый тип трековых мембран с модифицированной пространственной конфигурацией и повышенной производительности для фильтрации вязких жидкостей.
Разработаны методики облучения высокоэнергетическими частицами; методика обработки УФ-излучением для создания асимметрии; методика химического травления для получения пор с переменным по длине сечением.
Разработаны и оформлены в виде документов Требования к МНМ и к техническому обеспечению радиационно- химического способа их получения.
Проведены оптимизационные экспериментальные работы и разработаны условия получения экспериментальных образцов МНМ с модифицированной пространственной конфигурацией