Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка биомагнитных наноустройств и приборов ранней диагностики и управляемой электромагнитными полями таргетной терапии

Номер контракта: 14.607.21.0104

Руководитель: Соколов Алексей Эдуардович

Должность: научный сотрудник

Организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
ферромагнитные наночастицы, наночастицы благородных металлов, органические магнетики, днк-аптамеры, биосенсоры, магнитный круговой дихроизм, естественный круговой дихроизм, диагностика, канцерогенез, тераностика.

Цель проекта:
Цель. Разработать фундаментальные и инженерно-физические основы и технологии получения и использования в медицинских целях гибридных биологически функциональных наноустройств на основе ДНК-аптамеров и наночастиц металлов, магнитные, химические и физические свойства которых делают их пригодными не только для ранней диагностики, но и управляемой электромагнитными полями тераностики онкологических заболеваний. Задачи Задача 1. Разработка технологии получения гибридных биомагнитных наноустройств нужной физической функциональности и чувствительности к биологическим объектам исследования на основе ферромагнитных наночастиц, покрытых золотом и ДНК-аптамерами. Задача 2. Получение ДНК-аптамеров к опухолевым клеткам молочной железы человека высокой специфичности, афинности и нужной терапевтической функциональности, а на их основе экспериментальных образцов биомагнитных наноустройств для управляемого электромагнитными полями адресного физического и биологически значимого воздействия на клетки мишени. Задача 3. Исследование физических методов использования биомагнитных наноустройств, позволяющих различать между собой продукты канцерогенеза (микроэмболы, циркулирующие опухолевые клетки, апоптотические тельца, экзосомы, белки-биомаркеры) в биологических жидкостях и определять их концентрацию. Задача 4. Исследования на экспериментальных и теоретических моделях физических методов управления биомагнитными наноустройствами в солидных опухолях и здоровых тканях, разработка и создание научно-исследовательской установки для управляемого электромагнитными полями адресного физического и биологически значимого воздействия на клетки мишени опухоли, физической индикации и локации. Задача 5. Исследования биологической функциональности и диагностических возможностей биомагнитных наноустройств тераностики злокачественных новообразований, разработка физических методов управляемой внешними электромагнитными полями таргетной терапии.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта планируется получить следующие результаты:
1. Вновь разработанные технические (технологические) принципы, методические подходы, методы получения биомагнитных наноустройств нужной физической функциональности и чувствительности к биологическим объектам исследования;
2. Физические и математические модели для комплексных исследований свойств биомагнитных наноустройств в биологических жидкостях и тканях под влиянием постоянных и переменных электромагнитных полей;
3. Описание научно-исследовательской установки для управляемого электромагнитными полями адресного физического и биологически значимого воздействия на клетки-мишени опухоли, физической индикации и локации;
4. Результаты исследования способов использования биомагнитных наноустройств и разработки методик, позволяющих различать между собой продукты канцерогенеза (микроэмболы, циркулирующие опухолевые клетки, апоптотические тельца, экзосомы, белки-биомаркеры) в биологических жидкостях и определять их концентрацию;
5. Результаты исследования на экспериментальных и теоретических моделях физических методов управления биомагнитными наноустройствами в солидных опухолях и здоровых тканях;
6. Результаты исследования биологической функциональности и диагностических возможностей биомагнитных наноустройств тераностики злокачественных новообразований и разработки физических методов управляемой внешними магнитными и электромагнитными полями таргетной терапии; — обобщение и выводы по результатам ПНИЭР.
7. Стандартная операционная процедура (далее – СОП) получения ДНК-аптамеров к опухолевым клеткам молочной железы, модифицированных тиоловыми группами, обеспечивающими возможность их закрепления на золотой поверхности, и зондами для физической индикации.
8. Лабораторно-технологический регламент (далее – ЛТР) получения гибридных биомагнитных наноустройств с требуемой физической и биологической функциональностью на основе ферромагнитных наночастиц, покрытых золотом и ДНК-аптамерами.
9. Экспериментальные образцы биомагнитных наноустройств.
10. Эскизная конструкторская документация экспериментального образца аппаратно-программного комплекса, предназначенного для управляемого электромагнитными полями адресного физического и биологически значимого воздействия биомагнитных наноустройств на клетки-мишени (далее – АПК).
11. Экспериментальный образец АПК.
12. Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка на основе гибридных биомагнитных наноустройств опытных образцов медицинских изделий, научно-исследовательских установок и иных инженерно-технических решений, предназначенных для развития методов тераностики на клинических примерах рака молочной железы»

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения проекта должны быть разработаны экспериментальные образцы биомагнитных наноустройств предназначенные для
адресной доставки и управляемого внешними электромагнитными полями биологически значимого воздействия на клетки-мишени рака молочной железы, асцитной карциномы Эрлиха, и должны удовлетворять следующим техническим требованиям:
— магнитные свойства биомагнитных наноустройств должны обеспечивать возможность управляемого магнитофореза и возбуждения низкочастотных механических колебаний, но не допускать их агломерации (слипания) в биологических жидкостях;
— допускать возможность индуцированного высокочастотными электромагнитными полями нагрева до температур биологически значимого (терапевтического) воздействия на клетки мишени;
— обеспечивать возможность оценки концентрации клеток-мишеней в биологических жидкостях методами поляризационной спектроскопии;
— допускать возможность использования оборудования применяемого в научных исследованиях и клинической практике для медицинской визуализации и обеспечивать (если позволяет разрешение оборудования) возможность локализации субмиллиметровых агломераций опухолевых клеток в образцах послеоперационных материалов и на экспериментальных животных;
Разрабатываемый экспериментальный образец Аппаратно програмного комплекса предназначен для ранней диагностики и управляемого электромагнитными полями адресного физического и биологически значимого воздействия биомагнитных наноустройств на клетки-мишени, и должен удовлетворять следующим техническим требованиям:
– чувствительность физических методов детекции биомагнитных наноустройств должна позволять определять в наномолярные
концентрации циркулирующих опухолевых клеток в образцах биологических жидкостей;
– величина и градиент постоянного магнитного поля должны обеспечивать возможность исследования управляемого магнитофореза биомагнитных наноустройств в модельных образцах биологических жидкостей и тканей;
– частота и напряженность переменного магнитного поля должны обеспечивать возможность исследования биологически значимого механического воздействия (низкочастотные колебания клеточной мембраны, индуцирующие апоптоз, и разрушение
мембраны, приводящее к некрозу) биомагнитных наноустройств на клеточных культурах и образцах послеоперационных биоматериалов;
– частота и напряженность переменного электромагнитного поля должны обеспечивать возможность исследования и выбор, из числа экспериментальных образцов биомагнитных наноустройств, оптимальных для адресной гипертермии опухолевых клеток, а также
оценку биобезопасности для здоровых клеток выполняемых на клеточных культурах и образцах послеоперационных биоматериалов

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Назначение
Результаты проекта могут быть использованы в наноиндустрии медицинского назначения и медицинской промышленности. Онкология, таргетная терапия, нанохирургия.
Результаты проекта, такие как экспериментальные образцы биомагнитных наноустройств и аппаратно-программного комплекса, предназначены для создания медицинских изделий нового поколения для быстро развивающегося нового направления персонализированной медицины – тераностики онкологических заболеваний.
Экспериментальные образцы биомагнитных наноустройств и лабораторная научно-исследовательская установка, предназначенные для проведения доклинических исследований и разработки медицинских изделий управляемой внешними электромагнитными полями тераностики (апробированные на примере рака молочной железы), востребованы Индустриальным партнером (ОАО «КБ Искра», г. Красноярск) для развития нового направления его бизнеса в сфере производства инновационных медицинских изделий персонализированной медицины, в том числе:
– производства биомагнитных наноустройств обеспечивающих возможность индикации опухолевых клеток, визуализации злокачественных новообразований, теплового, механического и биофункционального терапевтического воздействия на клетки мишени.
– производства аппаратно-программных комплексов для управляемой внешними электромагнитными полями тераностики злокачественных новообразований.
Разработка ОКР, ОТР и внедрение в производство планируется при поддержке КП «Развитие биотехнологии» и/или ФЦП «Фарма 2020» технологий производства биомагнитных наноустройств и аппаратно-программных комплексов для управляемой внешними электромагнитными полями тераностики злокачественных новообразований.
Разработку прорывных инновационных медицинских изделий тераностики, разработку порядков и стандартов медицинской помощи в лечении рака молочной железы, а также расширение перечня биомагнитных наноустройств пригодных для лечения иных онкологических заболеваний планируется осуществить при поддержке ГП «Развитие здравоохранения» и Госзаданий Минздрава России в рамках совместных проектов с ГБОУ ВПО "Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого" Министерства здравоохранения Российской Федерации (далее – КрасГМУ).

Возможные потребители ожидаемых результатов
Наноиндустрия. Медицинская и фармацевтическая промышленность.
Производители средств медицинской диагностики и визуализации, заинтересованные в новых возможностях и конкурентных преимуществах уже выпускаемых изделий медицинской клинической и исследовательской аппаратуры посредством использования биомагнитных наночастиц для ранней диагностики злокачественных образований в интактной крови или в организме, а также адресной молекулярно-клеточной терапии управляемой электромагнитными полями.
Ученые исследователи научно-медицинской платформы "Онкология" Министерства здравоохранения Росси смогут воспользоваться новым видом биомагнитных наноустройств, допускающих возможность расширения спектра их применения для лечения иных, и не только онкологических, заболеваний, при этом разрабатываемые в рамках проекта аппаратно-программные комплексы, могут быть использованы для проведения необходимых научно-клинических исследований.

Текущие результаты проекта:
Разработан план исследований.
Разработаны модели исследований биомагнитных наноустройств (БМН) под влиянием электромагнитных полей.
Получены компоненты для гибридных БМН, проведена селекция ДНК-аптамеров к опухолевой ткани молочной железы. Начато секвенирование и синтез наиболее аффинного и специфичного пула ДНК-аптамеров. Начато получение экспериментальных БМН и исследование их биологической функциональности.
Проведена модификация тиоловыми группами ДНК- аптамеров к асцитным клеткам карциномы Эрлиха.
Разработана СОП модификации золотых наночастиц ДНК-аптамерами.
Созданы алгоритмы описания транспорта и нагрева БМН под воздействием электромагнитных полей. Начата адаптация алгоритмов на данных эксперимента.
Создан экспериментальный стенд для изучения поведения магнитных наночастиц. Начат цикл исследований.
Начаты исследования возможностей использования БМН и эксперименты по анализу продуктов канцерогенеза.
Разработаны научно-технические предложения по созданию научно-исследовательских установок и разработке методов их применения для исследований БМН и способов их использования для тераностики в онкологии.
Начато уточнение технических характеристик и разработка эскизной конструкторской документации экспериментального образца аппаратно-программного комплекса.