« Российская академия наук Программа фундаментальных исследований Президиума РАН ...»

2) Саратовский филиал Института радиотехники и электроники РАН, Саратов

Акустоэлектронные датчики могут стать весьма эффективным инструментом в исследованиях диагностически значимых взаимодей-ствий, реализуемых в разнообразных биосенсорных системах. Такие датчики, основанные на акустических волнах в пьезоэлектрических пластинах, могут быть разделены на две группы. В первой группе акустические волны распространяются по нормали к поверхности пластины, а звукопроводом является резонатор, колеблющийся по толщине. Во втором случае акустическая волна распространяется вдоль поверхности пластины (волны Лэмба и SH волны). В обоих случаях волны реагируют на изменение характеристик прилегающей к звукопроводу среды. Указанные изменения могут быть связаны с биоспецифическими взаимодействиями, происходящими как в твердом слое, так и в растворе биомакромолекул. Очевидно, что для получения полной информации об изучаемом взаимодействии оптимальным является сочетание обеих групп датчиков. Датчики первой группы позволяют определять такие физические характеристики взаимодействующих материалов, как модули упругости, плотность и вязкость, а также пределы их изменения. Далее, используя полученные данные, можно провести оптимизацию волноводов второй группы датчиков и выбрать тип волны для мониторинга во времени соответствующих биологических реакций. В этом плане весьма перспективным является исследование биоспецифических реакций с участием в качестве указанного твердого слоя или раствора биополимеров – изолятов высшего культивируемого гриба Lentinus edodes (шиитаке).

С помощью резонаторов на продольных и поперечных акустических волнах были измерены модули упругости, вязкость и плотность модельных объектов, сформированных на основе препаратов из биомассы и биологически активных веществ грибного происхождения. Мицелий шиитаке был выращен на агаризованной питательной среде, собран на разных стадиях морфогенеза (непигментированный мицелий, коричневая мицелиальная пленка, примордии) и использован в качестве твердых образцов в виде воздушно-сухой измельченной биомассы. Оказалось, что из всех характеризующих образцы параметров (плотность, продольный с11 и поперечный с44 модули упругости, продольный 11 и поперечный 44 коэффициенты вязкости) наиболее заметным изменениям подвергается 11, а именно от 0.204 Нс/м2 у белого мицелия до 10-8 Нс/м2 у примордиев и коричневой пленки. Были также изучены образцы, представлявшие собой экстракты из мицелия, полученного методом глубинного культивирования на химически детерминированной среде. При использовании в качестве добавки к синтетической среде двухзарядных катионов меди была обнаружена ярко выраженная, по сравнению с другими вышеупомянутыми параметрами, зависимость 11 от концентрации катиона, в меньшей степени проявлялась зависимость 44 от концентрации Cu2+. Так, если для образцов контрольного эксперимента (среда в отсутствие Cu2+) значения величин 11 и 44 составили 10-8 Нс/м2 и 10-6 Нс/м2 соответственно, то при концентрации Cu(II) 5.10-4 моль/л значения 11 и 44 составили 2.110-3 Нс/м2 и 610-5 Нс/м2 соответственно.

Ранее мы обнаружили эффект усиления биосинтеза углеводсвязываю-щих белков-лектинов Lentinus edodes в присутствии меди (II). Проверку предположения о корреляции 11 и 44 с активизацией биосинтетических процессов грибной культуры в отношении белков и, в частности, лектинов предстоит провести в ходе дальнейших экспериментов.

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАДИЙ ОБЛИТЕРИРУЮЩЕГО АТЕРОСКЛЕРОЗА СОСУДОВ И РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ВАРИКОЗНОЙ БОЛЕЗНИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ МАТРИЧНЫХ ИНФРАКРАСНЫХ СИСТЕМ

Г.Р.Иваницкий1), А.А.Деев1), Е.П. Хижняк2), Л.Н.Хижняк1)

1)Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

2)Институт биофизики клетки РАН, Пущино

Существующие методы функциональной диагностики (ангиография и ультразвуковая доплеровская диагностика) не позволяют регистрировать нарушения пространственного распределения кровотока в периферичес-ких сосудах на ранних стадиях развития заболеваний и определять области воспалительных процессов. Нами разработан метод определения стадий облитерирующего атеросклероза сосудов на основе определения количественных параметров нагрузочных проб и изменений температур-ных распределений в зависимости от стадий облитерирующего атеросклероза. Атеросклероз – одна из основных причин возникновения хронической недостаточности кровообращения нижних конечностей. Осложнения от запущенных форм нередко приводят к инвалидности и даже летальному исходу (для 39 % пациентов с окклюзией магистральных артерий нижних конечностей). Эффект нагрузочной пробы оценивался по четырем параметрам: нагрузочному интервалу, соответствующему достоверному пороговому сдвигу в температурных гистограммах, изменению величины и скорости изменения температурного контраста в нижних конечностях, уменьшению температуры в области мышц после нагрузочной пробы. Процедура нагрузочной пробы в ходе термографических обследований является весьма информативным методом дифференциальной диагностики эффективности кровоснабжения для раннего выявления сосудистых заболеваний. Другой задачей проекта являлась разработка методов профилактических обследований с целью ранней диагностики варикозной болезни. Она является самым распространенным заболеванием сосудистой системы. В России различными формами варикозной болезни страдает 30-38 млн. человек, причем около 85 % женщин – в запущенной форме. Термография в отличие от других флебологических методов диагностики, которые позволяют определить в основном только морфологические изменения стенок вен и нарушение магистрального кровотока, дает возможность объективно оценить степень расстройств микроциркуляции. В ходе исследований проведен количественный анализ гистограмм распределения температурных полей больных пациентов и здоровых людей, что позволило выработать количественные критерии для диагностики заболевания на ранних стадиях и подготовить методические указания для медицинского персонала по использованию тепловидения для диагностики сосудистых заболеваний конечностей человека.

Литература

Иваницкий Г.Р. / Современное матричное тепловидение в биомедицине // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 12, с. 1293-1320.

Иваницкий Г.Р., Хижняк Е.П., Деев А.А., Хижняк Л.Н. / Тепловидение в медицине: сравнительная оценка инфракрасных систем диапазонов длин волн 3-5 и 8-12 мкм для диагностических целей // ДАН, 2006, т. 407, № 2, с. 258-262.

Иваницкий Г.Р., Деев А.А., Хижняк Е.П., Хижняк Л.Н. / Анализ теплового рельефа на теле человека // Технологии живых систем (в печати).

Иваницкий Г.Р., Деев А.А., Пашовкин Т.Н., Хижняк Е.П., Хижняк Л.Н., Цыганов М.А. / Особенности теплового проявления подкожных источников нагрева на поверхности тела человека // ДАН (в печати).

ИДЕНТИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКИХ И СРЕДОВЫХ ФАКТОРОВ В ЭТИОЛОГИИ И ПАТОГЕНЕЗЕ СОЦИАЛЬНО-ЗНАЧИМЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Э.С.Пирузян1), Р.М.Абдеев2), С.А.Брускин1), И.А.Абдеева1), К.А.Кромина1), Т.А.Лебедева1), И.М.Корсунская2), О.Ю.Рахимова3), Х.А.Курданов4)

1) Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Москва

2) Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, Москва

3) Городская клиническая больница № 24, Москва

4) Центр медико-экологических исследований Филиала ГНУ РФ ИМБП РАН, Нальчик

На первом этапе работы проведен анализ литературных данных, биоинформационные исследования и сбор биологического материала. В результате анализа данных литературы нами было отобрано 120 генов, являющихся либо генами-кандидатами, либо ассоциированными генами при псориазе и болезни Крона, причем для псориаза число генов кандидатов и ассоциированных генов в три раза больше, чем для болезни Крона (соотношение 95/30). 5 генов-кандидатов являются общими как для псориаза, так и для болезни Крона. В результате биоинформационного анализа данных микрочипов об экспрессии более чем 12000 генов в пораженных и непораженных тканях больных псориазом и болезнью Крона, мы установили, что при псориазе экспрессия изменена у 6806 генов, а при болезни Крона – у 3141 генов. Установлено, что две трети генов с измененной экспрессией при болезни Крона являются также генами с измененной экспрессией и при псориазе. На основании анализа генных сетей при псориазе и при болезни Крона было установлено, что гены транскрипционного фактора АР-1 являются генами-кандидатами на развитие патогенеза как псориаза, так и болезни Крона. У больных псориазом и болезнью Крона собран биологический материал (кровь и биопсии) и информационный материал (заполнены Индивидуальные Информационные Карты (ИИК)). В результате общее количество ИИК больных псориазом и болезнью Крона составило 235 шт, количество биопсий 25 шт. и количество образцов крови 160 шт. Обследованные пациенты, в соответствии с диагнозом и течением патологического процесса, распределены в группы с целью апробации новых методик лечения.

На втором этапе исследований проведен анализ клинического материала индивидуумов. С помощью метода Real-Time PCR проведены эксперименты по количественному определению экспрессии отобранных в соответствии с разработанной моделью генов-кандидатов и ассоциированных генов при псориазе и болезни Крона, а именно генов, кодирующих различные компоненты транскрипционного фактора АР-1. Экспериментальные результаты по экспрессии согласуются с теоретическими результатами по анализу данных по экспрессии соответствующих генов на биологических микрочипах. Для проведения протеомного анализа были взяты 4 пары биопсий пациентов с псориазом – пораженный участок кожи и находящийся на расстоянии 3 см от псориатической бляшки непораженный участок кожи. Суммарный белок, выделенный из каждой биопсии разделяли с помощью двумерного гель-электрофореза. Далее сравнивали между собой пары гелей с белками, выделенными из биопсий по каждому пациенту, на наличие отличий в эти гелях. При этом визуально установили более 10 белковых пятен, присутствующих только в пораженной коже одинаково у всех пациентов. Эти белковые пятна были вырезаны из гелей и подверглись идентификации с помощью масс-спектрометрии. В результате проведенной работы было идентифицировано 10 белковых биомаркеров.

Последний этап работы состоял в систематизации и обобщении полученных результатов, отработке новых схем лечения. Так как транскрипционный фактор АР-1 контролирует функции многих процессов в клетке, главные из которых – апоптоз, пролиферация, окислительный стресс и др., то новые методы лечения должны быть также комплексными, влияющими на перечисленные выше клеточные процессы. На основании этого нами разработаны рекомендации по новым методам лечения псориаза, которые уже экспериментально апробированы в ГКБ № 14 и КВД № 15 г. Москва, заключающиеся в фотодинамической терапии с помощью лазера и фотосенсибилизаторов.

РИСК ПЕРВИЧНОГО РАКА ПЕЧЕНИ И ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ МЕТАБОЛИЗМА, ТРАНСПОРТА И ЦЕЛЕВЫХ РЕЦЕПТОРОВ КСЕНОБИОТИКОВ

А.Л. Радкевич, И.С. Николаева, К.С. Гюльазизова, А.С. Кабанкин, Н.Э.Пынько, Н.В. Морозова, А.Д. Радкевич, Е.Н. Заховаева, Г.П.Сухинина, Е.А. Кабаков

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, Москва

Предрасположенность к мультифакторным заболеваниям связывают с влиянием внешнесредовых и генетических факторов. Индивидуальная чувствительность к канцерогенам в значительной степени определяется генетическим полиморфизмом генов ферментов I и II фазы биотрансформации, транспорта и рецепторов эндогенных и экзогенных ксенобиотиков. В работе проведено исследование корреляционной связи (Spearman) между частотой встречаемости (ЧВ) в этнических популяциях аллелей генов ферментов I-й фазы: CYP1A1*2A; CYP1A2*1E; CYP1A2*1F; CYP2B6+1459; CYP2C8*2,*3; CYP2C9*2,*3; CYP2C19*2,*3; CYP2D6*3-*6; CYP2D6 MXN; CYP2E1*5B; CYP3A4*1B; CYP3A5*3C; транспортных ферментов: ABCB1+3435; SLC19A1+80; II-ой фазы: NAT2*4; NAT2*5b; NAT2*6c; NAT2*7d; GSTM1*0; GSTT1*0; GSTP1+313; COMT+472; ITPA+94; TPMT*2/*3A/*3C; UGT1A1*28; рецепторных белков: ADRB2+46; ADRB2+79; MTHFR+665; генотипом TYMS TSER*3/*3), % fast NAT2, географическими координатами этнических популяций (широтой и долготой) и коэффициентами смертности (КС) на 100000 стандартизированного населения от рака печени ПРП.

В результате исследований выявлена значимая положительная корреляционная связь КС от ПРП у мужчин c географической долготой популяций и аллелями генов CYP2C19*2,*3; SLC19A1+80; NAT2*4; GSTT1*0; ITPA+94; MTHFR+665; генотип TYMS TSER*3/*3 и фенотипом fast NAT2. У женщин значимая положительная корреляционная связь КС от ПРП выявлена также с географической долготой и аллелями генов CYP2C19*2,*3; CYP2E1*5B; CYP3A5*3C; SLC19A1+80; NAT2*4; NAT2*7d; GSTM1*0; GSTT1*0; генотипом TYMS TSER*3/*3 и фенотипом fast NAT2. Наряду с общими для мужчин и женщин аллелями, ассоциированными со смертностью от ПРП, выявлены аллели, характерные только для мужчин (ITPA+94, MTHFR+665), или только для женщин (CYP2E1*5B; CYP3A5*3C; NAT2*7d; GSTM1*0), что свидетельствует о гендерных различиях в предрасположенности к ПРП.

В результате исследований выявлена значимая отрицательная корреляционная связь КС от ПРП у мужчин с географической широтой популяций и аллелями генов CYP1A2*1F; CYP1A2*1E; CYP2C9*2,*3; NAT2*5b; GSTM1*0; UGT1A1*28; ADRB2+46. У женщин отрицательная корреляционная связь выявлена также с географической широтой популяций и аллелями генов CYP1A2*1F; CYP2B6+1459; CYP2C9*2; CYP2D6*3-*6; CYP2D6 MXN; NAT2*5b; COMT+472; UGT1A1*28; ADRB2+79; ADRB2+46. Отрицательно ассоциированные аллели с ПРП также имеют гендерные отличия. Аллели, отрицательно ассоциированные с ПРП, можно рассматривать как протекторные факторы в предрасположенности к ПРП.

Не выявлено значимой корреляционной связи КС от ПРП у мужчин и женщин с аллелями генов: CYP1A1*2A; CYP2C8*2,*3; CYP3A4*1B; ABCB1+3435; NAT2*6c; GSTP1+313; GSTP1+313; TPMT*2/*3A/*3C; ABCB1+3435.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: выявлена группа аллелей: CYP2C19*2,*3; CYP2E1*5B; CYP3A5*3C; SLC19A1+80; NAT2*4; NAT2*7d; GSTT1*0; GSTM1*0; ITPA+94; MTHFR+665; генотип TYMS TSER*3/*3, фенотип fast NAT2 и географическая долгота, положительно ассоциированные с предрасположенностью к ПРП. Установлены гендерные отличия генетической предрасположенности к ПРП.

РОЛЬ ФАКТОРА ВИЛЛЕБРАНДА ПРИ ИШЕМИЧЕСКОМ ИНСУЛЬТЕ У БОЛЬНЫХ С ПЕРВИЧНЫМ АНТИФОСФОЛИПИДНЫМ СИНДРОМОМ

П.В.Авдонин1), С.А.Горяйнов2), Л.А.Калашникова2), Л.А.Добрынина2), Е.Н.Александрова3), А.А.Новиков3), И.Ф.Суханова1), П.П.Авдонин1), С.А.Васильев4)

1)Институт биологии развития им. Н.К.Кольцова РАН, 2)Научный центр неврологии РАМН, 3)Научно-исследовательский институт ревматологии РАМН, 4)Гематологический научный центр РАМН

Введение. Антифосфолипидный синдром (АФС) представляет собой аутоиммунное заболевание, обусловленное выработкой антифосфолипид-ных антител (аФЛ). Одним из проявлений АФС является развитие ишемических нарушений мозгового кровообращения. Причиной тромботических повреждений сосудов головного мозга может являться также повышенное образование в эндотелиальных клетках фактора Виллебранда (фВБ). В норме фВБ обеспечивает остановку кровотечения, индуцируя формирование тромбов в поврежденных артериолах. Увеличение содержания в плазме крови фВБ и прежде всего его высокомолекулярных форм непосредственно связано с развитием тромботических микроангиопатий и ишемическим повреждению тканей и органов.

Цель работы – исследование роли нарушений обмена фактора Виллебранда (фВБ) в развитии ишемических нарушений мозгового кровообращения (НМК) при АФС.

Материал и методы. Обследованы 12 больных (9 женщин, 3 мужчин, средний возраст – 42,25±11,0 лет) с первичным АФС (ПАФС), перенесших НМК ишемического характера. 9 больных были обследованы в отдаленном периоде инсульта, 3 – в подостром периоде. Другие клинические проявления ПАФС включали: невынашивание беременности (6 из 8 женщин, имевших беременности), периферические венозные тромбозы (4), тромбоцитопению – менее 100 тысяч на микролитр плазмы крови (2), ливедо (7). Всем больным проводилось исследование мультимерного состава фВБ в плазме крови методом электрофореза в 1 %-й агарозе и иммуногибридизации, определение антител к кардиолипину (аКЛ) иммуноферментным методом и исследование волчаночного антикоагулянта (ВА) коагуляционным методом.

Результаты: Повышение содержания мультимеров фВБ было обнаружено у 9 из 12 больных (75 %). Из них у 7 больных (58 %) имелось равномерное повышение всех фракций мультимеров фВБ, у 2 (17 %) – резко выраженное повышение общего уровня с изменением относительного содержания отдельных фракций (1 – увеличение доли низкомолекулярных мультимеров, 1 – повышенное содержание высоко-молекулярных мультимеров). Положительные аКЛ были выявлены у 7 больных, ВА – у 6 пациентов. Выраженное повышение мультимеров фВБ проявлялось в подостром периодом инсульта и коррелировало с наличием тромбоцитопении (6 и 40 тысяч тромбоцитов на микролитр). У больной с повышенным относительным содержанием низкомолекулярных мультимеров фВБ и наиболее выраженной тромбоцитопенией отмечалось наиболее тяжелое течение цереброваскулярных нарушений: 3 ишемических инсульта в течение 3 месяцев, приведших к тяжелой инвалидизации. Корреляции между уровнем повышения аКЛ и степенью повышения фВБ не было.

Заключение: Повышение уровня фВБ (75 %) при ПАФС у больных с цереброваскулярными заболеваниями свидетельствует о повреждении эндотелия, предрасполагающем к развитию тромбозов. аКЛ, по-видимому, не являются причиной повреждения эндотелия при ПАФС. Снижение числа тромбоцитов у больных с выраженным повышением содержания фВБ связано с потреблением тромбоцитов в процессе тромбообразования. Наиболее выраженная тромбоцитопения сопровождалась относительным снижением высокомолекулярной фракции фВБ на фоне увеличенного общего уровня фВБ. Это обусловлено «уходом» высокомолекулярной фракции фВБ в тромбы.

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

ДЛЯ МАССОВОЙ ДОНОЗОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ ДЕТСКОГО И ВЗРОСЛОГО НАСЕЛЕНИЯ

Р.М. Баевский1), А.П. Берсенева1), Е.Ю. Берсенев1), Л.А. Денисов2)

1) ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН, Москва,

2) Территориальное управление Роспотребнадзора, Зеленоград

Одним из важных направлений профилактической медицины является организация массовых профилактических осмотров населения с целью раннего выявления начальных форм заболеваний. В настоящее время дальнейшее развитие это важного направления основывается на учении о донозологических состояниях, которое возникло в рамках космической медицины. Донозологические состояния появляются у здоровых людей при различных стрессорных воздействиях,. Если функциональные резервы организма снижены и системы регуляции не могут обеспечить сохранение гомеостаза основных жизненно важных систем на должном уровне, то донозологические состояния могут перейти в преморбидные и затем в патологические. Эта концепция развития патологии, подробно изложена в ряде статей и монографий (Р.М.Баевский, В.П.Казначеев, 1978, Р.М.Баевский, А.П.Берсенева, 1997, А.И.Григорьев, Р.М.Баевский, 2007).

Массовые донозологические обследования населения, начатые чет-верть века назад (В.П.Казначеев, Р.М.Баевский, А.П.Берсенева, 1981), в настоящее время продолжены на основе использования новых космичес-ких технологий, в частности в плане создания автоматизированных систем для мониторинга здоровья. В данной работе представлены результаты исследований, проведенных с применением эксперименталь-ного образца комплекса «Экосан-2007», который включает в себя. ряд устройств и программных систем, создававшихся для. использования на Международной космической станции. С помощью этого комплекса были обследованы 1200 школьников в г. Зеленограде, а затем он был усовершенствован и использован при обследовании 330 работников автопредприятия в этом городе, в том числе 195 водителей автобусов.

Схема исследований предусматривает анкетный опрос, антропометрические измерения, измерение артериального давления, регистрацию ЭКГ и с помощью специальных программных средств исследование вегетативной регуляции физиологических функций путем изучения вариабельности сердечного ритма и состояния миокарда методом дисперсионного картирования ЭКГ. Общее время обследования одного человека составило 12 минут.

Результаты исследований показали, что наиболее высокими значения-ми ряда основных показателей отличается группа водителей. Повышен-ные значения артериального давления и частоты пульса указывают на более высокую напряженность труда этой группы по сравнению с остальными. Наименее благоприятными являются данные измерений у водителей старшей возрастной группы. Она отличается не только наибольшими значениями САД и ДАД. У них же наиболее высокие значения стресс индекса, мощности спектра очень низкочастотных колебании сердечного ритма и ряда других показателей. С учетом высоких цифр артериального давления это означает, что функциональное состояния водителей старшего возраста относится к классу «неудовлетворительная адаптация» или даже находится на грани срыва адаптации. Обращают на себя внимание результаты исследования группы водителей в возрасте 41-60 лет, у которых выявляются существенно сниженные значения суммарной мощности спектра сердечного ритма и активности парасимпатического звена регуляции (рNN50), что указывает на ухудшение адаптационных возможностей организма.

У водителей старшего возраста в 80 % случаев стресс-индекс был выше 250 усл. ед., а почти у каждого пятого (19,4 %) – выше 1000 усл.ед. Высокие цифры артериального давления и стресс-индекса, указывающие на повышенную степень напряжения регуляторных механизмов, сопровождаются увеличенными свыше нормы значениями показателей дисперсионного картирования ЭКГ. Это наблюдается у 45 % водителей старшего возраста и свидетельствует о развитии внутрисердечных изменений в виде патологии обменно-энергетических процессов в миокарде.

Объектом внимания традиционной медицины являются лица со срывом адаптации. Лица, относящиеся к этой группе нуждаются во врачебном обследовании в поликлинике. Таких людей на автопредприятии 10 %. Остальные 90 % – это практически здоровые люди с различной степенью напряжения механизмов адаптации. Именно они и являются объектом внимания донозологической диагностики. Они нуждаются в индивидуальной оценке риска развития заболеваний и в определении тех индивидуальных оздоровительно-профилактических мероприятий, которые в наибольшей мере будут способствовать сохранению здоровья и снижению риска развития болезни.

АНАЛИЗ АУТОАНТИГЕННОГО ПРОФИЛЯ ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫХ И ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ И СОЗДАНИЕ ПРОТОТИПНОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ПАНЕЛИ

С.А. Недоспасов1, 2), П.В.Белоусов1), А.Ю. Сазыкин2), К.В. Ланщаков3), В.Э. Ванушко3), Ю.В. Шебзухов2), С.В. Хлгатян2), Д.В. Купраш1)

1)Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, Москва

2)НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского,

МГУ им. М.В. Ломоносова

3)Отделение эндокринной хирургии Института клинической эндокринологии, ФГУ Эндокринологический научный центр Росмедтехнологий, Москва

В настоящее время ведущая роль в диагностике опухолей щитовид-ной железы (ЩЖ) отводится тонкоигольной пункционной биопсии (ТПБ) с последующим итоморфологическим исследованием пунктата. Однако ТПБ не может дифференцировать доброкачественные и злокачественные опухоли ЩЖ в 15–30 % наблюдений. С целью разработки дополнительно-го метода дифференциальной диагностики узловых образований ЩЖ, мы исследовали B-клеточный аутоантигенный репертуар доброкачественных (19 пациентов) и злокачественных (25 пациентов) опухолей ЩЖ на пане-ли из 18 полученных и очищенных нами рекомбинантных раково-ассоци-ированных антигенов (идентифицированных в нашей и других лабора-ториях) при помощи разработанного в нашей лаборатории скринингового иммуноферментного метода, основанного на контактной гибридизации антител из сыворотки пациента с рекомбинантным белком в точке на мем-бранном носителе. На основании оведенных экспериментов мы отобрали 6 антигенов (ANKRD30A, KIF2C, RGS5, KIAA1864, SSX2 и CCND1), об-ладающих раково-ассоциированным профилем серореактивности. Хотя по отдельности лишь ANKRD30A демонстрировал достоверную разницу в серореактивности между двумя группами (p=0.014 в соответствии с двухсторонним критерием точной вероятности Фишера), cпецифичность и чувствительность полученной прототипной аутоантигенной панели из 5 антигенов в выявлении рака составила 89 и 60 % соответственно (p=0.0014 в соответствии с двухсторонним критерием точной вероятности Фишера). Также в ходе исследования были выявлены пациенты, проде-монстрировавшие наиболее широкий аутоантигенный репертуар, опухо-левая ткань которых будет использована для конструкции экспрессионной библиотеки с целью поиска новых антигенов, ассоциированных со злокачественными опухолями ЩЖ. Таким образом, мы создали прототипную антигенную панель для дифференциальной серологической диагностики опухолей ЩЖ и выявили пациентов, опухолевые ткани которых могут быть использованы для дальнейшего поиска новых антигенов, ассоциированных с дифференцированным раком ЩЖ.

Язвенная болезнь желудка и глюкокортикоидные гормоны: Почему и как гастропротективное действие гормонов на желудок преобразуется в ульцерогенное

Л.П. Филаретова1), Т.Т. Подвигина1), Т.Р. Багаева1), П.Ю.Бобрышев1), О.Ю.Морозова1), А.К. Ефимова2)

1)Институт физиологии им. И.П.Павлова РАН, Санкт-Петербург

2)Клиническая больница РАН, Санкт-Петербург

Один их эффективных подходов для профилактики и лечения заболеваний, в том числе и язвенной болезни желудка, которая остается распространенной патологией, заключается в грамотном использовании естественных резервов организма. С этой точки зрения несомненный интерес представляет ключевая гормональная система адаптации – гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальная систему (ГГАКС). Мы показали ранее, что глюкокортикоидные гормоны, продуцирующиеся при острой активации ГГАКС, являются важными естественными гастропротективными факторами, а не ульцерогенными, как это было общепринято в течение нескольких десятилетий. Кроме того, мы продемонстрировали гастропротективную роль и экзогенных гормонов, вводимых в физиологических дозах. Полученные результаты свидетельствуют о возможности двойного действия глюкокортикоидных гормонов на желудок: выявленного нами гастропротективного – для глюкокортикоидов, продуцирующихся при острой активации ГГАКС или экзогенных гормонов, используемых в физиологических дозах; и известного ульцерогенного – для экзогенных глюкокортикоидных гормонов, используемых в фармакологических дозах.

Цель проекта – выяснить, ПОЧЕМУ и КАК физиологические (гастропротективные) эффекты, глюкокортикоидных гормонов на желудок преобразуются в патологические (ульцерогенные) эффекты. Полученные результаты подтверждают нашу рабочую гипотезу о том, что основой физиологического (гастропротективного) и патологического (ульцерогенного) действия глюкокортикоидных гормонов на желудок может являться их позитивное или негативное, соответственно, действие на звенья общего гомеостаза.

В экспериментальных исследованиях выявлено, что характер действия экзогенных гормонов на желудок зависит не только от дозы вводимого гормона, но и состояния, в котором находится организм; уровня эндогенных гормонов; временного интервала между введением гормона и приложением ульцерогенного фактора. Увеличение временного интервала между введением гормона и приложением ульцерогенного фактора может приводить к преобразованию гастропротективного действия данного гормона в патологическое. Причиной трансформации гастропротективного действия в патологическое может являться недостаточная продукция собственных глюкокортикоидных гормонов, возникающая в результате включения в регуляцию ГГАКС механизмов обратной связи, и/или дестабилизация в звеньях, регулирующих гомеостаз уровня глюкозы в крови.

При анализе общего состояния пациентов с патологией в желудочно-кишечном тракте в большинстве случаев выявлены сопутствующие заболевания, наиболее распространенными из которых являются сердечно-сосудистые заболевания, нарушение толерантности к глюкозе, выраженные функциональные изменения со стороны центральной нервной системы. Эти факты подтверждают нашу точку зрения о том, что причиной нарушения локального гомеостаза в слизистой желудка может быть нарушение общего гомеостаза.

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» 2007.

2.2. Биофотоника

РАЗРАБОТКА БИОСЕНСОРНЫХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ ГИДРОГЕЛЕЙ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ

А.В.Крайский 1), В.А.Постников, 2) Т.Т.Султанов 1), В.Е.Тихонов 3)

1) Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Москва

2) ФГУ «НИИ физико-химической медицины» Росздрава, Москва

3) Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова РАН, Москва

Принцип действия сенсоров основан на том, что толщина голографического слоя толстослойных денисюковских голограмм, записанных в специально созданных фотоэмульсиях на основе гидрогелевых матриц с группами, селективно чувствительными к наличию интере­сующих компонентов, изменяется в зависимости от концентрации этих компонентов [1]. Это регистрируется по изменению спектрального состава отраженной волны белого света. Дос­тоинством таких сенсоров является, в частности, то, что при однородном по толщине изме­нении расстояния между серебряными слоями спектр отражения узок и при достаточной чувствительности к концентрации, изменение спектра очень точно определяется современными малогабаритными спектро-графами невысокого разрешения и даже визуально.

На первом этапе мы ставили задачу разработки сенсоров, чувствительных к рН среды и физиологическим концентрациям глюкозы. Используемая нами [2] матрица представляла собой трехмерную полимерную сетку сополимера акриламида с акриловой кислотой (АК), N-акрилоиламидофенилборной кислотой (АФБК), сшитые N,N’-метилен-бис-акриламидом, содержащую включенный поливиниловый спирт.

Запись проводилась по обычной схеме записи голограмм на встречных пучках с плоским зеркалом в качестве объекта.

К настоящему времени нами получены следующие результаты:

Разработана технология создания голографических сенсорных слоев на подложках из стекла и полимерной пленки. Вид спектров отражения свидетельствует о достаточно однородной по толщине голограмме; изменения были обратимы.

Сенсоры на основе АК чувствительны к кислотности среды. В диапазоне изменения pH от 6 до 1 зафиксировано смещение максимума отражения от 623 нм до 593 нм.

Для сенсора на основе АФБК в пределах физиологических концентраций глюкозы, получено уверенное приборное различение по спектру (607-643 нм) для концентраций 1, 5, 10, 50 ммоль/л в ацетатном буфере (0,05M, 0,15 M NaCl) рН 7,4.

При использовании буферных растворов на основе многоосновных кислот, положение максимума спектра отражения изменялось от 590 до 860 нм, что показывает возможности для создания визуального сенсора физиологических концентраций глюкозы.

Зафиксирована кинетика поведения спектра отражения, зависящая от типа буфера и его кислотности. Вид спектра показывает неоднородность деформации матрицы по толщине при определенных условиях и падение дифракционной эффективности вплоть до полного исчезновения в некоторых случаях при сдвиге ИК область.

В этих случае целесообразно смещать рабочую длину волны сенсора в синюю область. Следует также разработать метод определения однородности расстояния между слоями серебра по толщине и оптимизировать оптических свойства сенсора.

Литература

Marshall A.J. et al.,2006, Analyte-responsive holograms for (bio)chemical analysis, J. Phys.Condens. Matter.,18, S619-626; и патент США № 5989923 от 23.11.1999).

V.A. Postnikov, A.V. Kraiskii, T.T. Sultanov, V.E. Tikhonov, Hydrogel holographic sensors to an acid media, In Abstracts XV111 International school-seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals”, 20.09-28.09.2007, Beregove, Crimea, Ukraine, p. 261.

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ПОДХОДОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕРАПИИ ДЕПРЕССИЙ НА ОСНОВЕ ПИКОСЕКУНДНОЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ БЕЛКОВ. 2. МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ И НАЧАЛО КЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

А.А.Комар1), Т.И.Сырейщикова1), Ю.А.Грызунов2,, Н.В.Смолина2), Г.Е.Добрецов2), Э.Ю.Мисионжник3), Н.М.Максимова3), М.Г.Узбеков 3)

1) ФИАН им. П.Н.Лебедева РФ. 2) ФГУ НИИ физико-химической медицины Росздрава. 3) ФГУ МНИИ психиатрии Росздрава

Одним из наиболее социально значимых заболеваний в мире является депрессия. Ранее нами было показано, что при некоторых видах депрессии наблюдаются конформационные изменения главного внеклеточного транспортного белка человека – альбумина. Это позволило выдвинуть гипотезу, что изучение этих изменений а) позволит использовать свойства альбуминовых центров в качестве индикатора тяжести состояния больных при депрессии и б) поможет углубить знания о патогенезе депрессий. Разработанный ранее метод измерения стационарной флуоресценции специальных молекулярных зондов размером около 2 нм позволил выявлять нарушения конформации связывающих центров альбумина в индивидуальных пробах крови пациентов. Вместе с тем регистрация стационарной флуоресценции не дает детальной картины изменений альбумина, и для более полной характеристики этих структурных изменений требуется применение специальной техники пикосекундных измерений затухания флуоресценции. Поэтому на первом этапе выполнения Проекта в ФИАН им. П.Н.Лебедева была создана и протестирована лазерная установка для проведения флуоресцентных измерений в этом временном диапазоне.

Для изучения конформационных изменений альбумина при депрессии был выбран оригинальный флуоресцентный зонд – производное диметил-аминонафталевой кислоты (К35), – а) который позволяет изучать Альбу-мин без его выделения из сыворотки и б) флуоресценция которого чувствительна к состоянию главных связывающих центров этого белка. На данном, втором, этапе Проекта для понимания механизмов возникно-вения флуоресценции зонда из альбумина методом ab initio были проведе-ны квантово-механические расчеты его конформации и рассчитаны энергии взаимодействия со средами, моделирующими свойства альбуминовых центров. По результатам экспериментов на изолированном белке была построена модель взаимодействия зонда с альбумином. Модель описывает связывание зонда в нескольких участках глобулы, их предполагаемую локализацию, стерическую доступность растворителю, вклады электростатических и гидрофобных взаимодействий в формирова-ние комплекса зонд-альбумин. Сделана попытка объяснения неэкспо-нециальности затухания красителя в альбумине. Показано, что альбумин больных депрессией характеризуется изменением взаимодействия зонда как с гидрофобным карманом, так и с поверхностными центрами.

В соответствии с разработанным на данном этапе протоколом и с использованием созданной лазерной установки было начато клинические исследование альбумина больных депрессией – депрессивный эпизод (F.32.1) и рекуррентное депрессивное расстройство (F33.1) – в сравнении с группой здоровых добровольцев. Параллельно с биофизическими проводили комплекс биохимических, нейрохимических и гормональных исследований. Полученные результаты достоверно указывают на изменения структуры связывающих центров альбумина при депрессиях. Для более детальной характеристики изменений альбумина в различных подгруппах пациентов, в том числе в динамике психофармакотерапии, требуется накопление большого объема клинических данных. Это предполагается сделать в ходе дальнейшего развития Проекта.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА МОНИТОРИНГА ОПУХОЛЕЙ

НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТРАСТИРУЮЩИХ АГЕНТОВ

Н.М.Шахова 1,2, И.А.Январева 2, И.В.Турчин 1, И.В.Балалаева3, 1, С.М.Деев 4, Т.А.Здобнова 4, 1

1)Институт прикладной физики РАН; 2) Нижегородская государственная медицинская академия; 3) Нижегородский государственный университет, г. Нижний Новгород; 4)Институт биоорганической химии

им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва

Введение. Развитие методов органосохраняющего лечения злокачественных новообразований, к которым относятся и минимальноинвазивные хирургические технологии, и таргетное консервативное воздействие, является одним из ведущих направлений современной медицины. Проведение органосохраняющего лечения возможно только при ранних стадиях заболевания при условии прецизионной диагностики. В данном проекте проведена разработка подходов к прецизионной диагностике в клинической (ОКТ-кольпоскопия при раке шейки матки) и экспериментальной (создание высокоспецифичных биосовместимых наноразмерных маркеров для диффузионной флуоресцентной томографии – ДФТ) онкологии.

Метод оптической когерентной томографии (ОКТ) уже продемонстрировал возможности в выявлении состояния малигнизации различных локализаций (Dolin L.S, 2004). Повышение диагностической точности может быть достигнуто с использованием контрастирующих веществ и эффекта оптического просветления (Tuchin V.V., 2002).

Важнейшим перспективным применением ДФТ является прижизненное исследование опухолевых тканей у экспериментальных животных с целью уточнения процессов канцерогенеза, механизмов диссеминации и мониторинга реакции опухолей на проводимое лечение. Использование флуоресцентных меток, в том числе и наноразмерных, позволяет существенно увеличить чувствительность метода и контраст получаемого изображения (Turchin I.V., 2006).

Материалы и методы. Метод диагностики рака шейки матки, разработанный в проекте, базировался на расширенной кольпоскопии (КС) и ОКТ. КС проводилась с использованием кольпоскопа Karl Zeiss 150 FC. ОКТ данные получены на установке, созданной в ИПФ РАН (г.Н.Новгород). В качестве контрастирующего агентов применялся 3 % раствор уксусной кислоты, традиционно используемый при кольпоскопии, для достижения эффекта оптического просветления – биосовместимые гиперосмолярные агенты (глицерин и пропиленгликоль). Исследование выполнено на материале 120 пациенток с различными состояниями шейки матки.

Для разработки высокоспецифичных биосовместимых наноразмер-ных маркеров для ДФТ использованы мультимерные мини-антитела (Deyev S.M., 2003) и полупроводниковые нанокристалы (квантовые точки). Тестирование проведено методом флуоресцентной микроскопии с использованием микроскопа Axiovert 200 (Karl Zeiss).

Результаты. Разработан метод ОКТ-кольпоскопии, в котором традиционный кольпоскопический тест (апликация 3 % раствора уксусной кислоты), позволил выявить дополнительный ОКТ критерий малигниза-ции, что привело к повышению диагностической точности метода в целом. По результатам "слепого" тестирования метода по распознаванию метаплазия-неоплазия, что является весьма затруднительным как для кольпоскопии (ошибка до 62 %, Минкина Г.Н., 2001), так и для стандартной ОКТ (ошибка до 41 %, Шахова Н.М., 2004), диагностическая точность составила 86 % при чувствительности и специфичности 85 и 87 % соответственно. Локальное применение глицерина позволило в сложных клинических ситуациях повысить чувствительность метода с 81 до 89 %, специфичность с 70 до 82 %, диагностическую точность с 71 до 83 %. Получены контрастирующие комплексы на основе квантовых точек и мини-антител 4D5. Тестирование комплексов, проведенное на клеточных линиях опухолей SKOV-3 и SKBR-3 in vitro, показало их высокую специфичность с хорошим уровнем контраста.

Заключение. Использование контрастирующих агентов позволяет повысить чувствительность и специфичность методов оптического биоимиджинга.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АУТОФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ ПРЕДОПУХОЛЕВОЙ ПАТОЛОГИИ

В ГИНЕКОЛОГИИ

В.В. Смирнов1), Е.Г. Новикова3), И.А.Аполихина 2), Е.Д. Денисова2),

О.И. Трушина3), Н.Н.Булгакова1), К.А. Верещагин1)

1)Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН,

2)Кафедра акушерства, гинекологии и перинатологии

ФППО ГОУ ВПО ММА им. И.М. Сеченова,

3)Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена

На протяжении последних лет наблюдается тревожная тенденция роста заболеваемость раком шейки матки среди молодых женщин в возрастной группе до 40 лет. Особенно заметный рост наблюдается в группе женщин моложе 29 лет, т.е. в репродуктивно значимой и социально активной части населения. В этой связи актуальной проблемой современной гинекологии является разработка новых подходов к ранней диагностики рака слизистых оболочек нижних отделов женской половой сферы, поскольку ранняя диагностика позволяет проводить органо-сохраняющее лечение.

В последние годы как в нашей стране, так и за рубежом активно исследуются новые виды диагностики предрака и раннего рака, основанные на современных оптических технологиях. Их основным достоинством является возможность неинвазивного получения информации о различных биохимических и структурных изменениях, происходящих в тканях на ранних стадиях опухолевой трансформации. К числу таких методов относятся флуоресцентные методы, которые позволяет распознавать злокачественные поражения по индуцированной световым излучением характерной флуоресценции эндогенных или экзогенных флуорофоров биологических тканей. Высокая чувствии-тельность флуоресцентных методов в выявлении предопухолевой и опухолевой патологии слизистых оболочек дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря показана во многих клинических исследованиях, как в нашей стране, так и зарубежом1).

Основной целью нашего исследования была разработка методики аутофлуоресцентной диагностики предопухолевой патологии вульвы, влагалища и шейки матки, ассоциированной с высокоонкогенными типами вирусов папилломы человека. В качестве метода исследования применяли метод локальной флуоресцентной спектроскопии (ЛФС) при возбуждении флуоресценции в трех спектральных областях (405, 532 и 638 нм). Измерения спектров аутофлуоресценции нормальных и патологических тканей производили в спектральном диапазоне 420-800 нм, где флуоресцирует большинство эндогенных флуорофоров биологических тканей. Для выявления характерных спектральных различий между нормальными и патологическими тканями, полученные массивы данных анализировали с помощью специализированных программных продуктов. Показано, что наиболее информативными являются спектры аутофлуоресценции при возбуждении в синей и зеленой областях. При возбуждении в красной области спектры аутофлуоресценция указанных тканей практически не регистрируется. По результатам проведенных исследований проведена оценка различных алгоритмов расчетов эффективных диагностически-значимых спектральных параметров, которые могут иметь прогностическое значение в оценке процесса развития предопухолевой трансформации слизистых оболочек шейки матки.

1) В.В.Соколов, В.И.Чиссов, Е.В.Филоненко, Л.В.Телегина, Н.Н.Булгакова. «Флуоресцентная диагностика начального центрального рака легкого», Пульмонология, 2005, № 1, стр.107-116.

РАЗРАБОТКА И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ЭКСТРАЦЕЛЛЮЛЯРНОЙ ДНК В ПЛАЗМЕ КРОВИ БОЛЬНЫХ

С БОЛЕЗНЯМИ ОРГАНОВ КРОВООБРАЩЕНИЯ И РАЗЛИЧНЫМИ АУТОИММУННЫМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ

В.А.Кузьмин1), А.М.Виноградов1), О.А.Рогинко2), О.А.Коздоба2), А.И.Алехин2), А.А.Юдин2), А.И.Сперанский3), Н.Н.Вейко4)

1)Институт биохимической физики РАН, Москва, 2)Центральная клиническая больница РАН, Москва, 3)ГУ Институт ревматологии РАМН, Москва, 4) ГУ Медико-генетический научный центр, РАМН, Москва

Спектрально-флуоресцентный метод определения внеклеточной ДНК (внДНК) у больных с болезнями органов кровообращения и аутоиммунной патологией разрабатывается с использованием новых бискрасителей, сочетающих различные молекулярные фрагменты. Дезактивация возбужденных синглетных и триплетных состояний комплексов цианиновых красителей с молекулами ДНК исследована на установках импульсного фотолиза и счета фотонов с лазерным фотовозбуждением. Наличие двух положительных зарядов у бисцианинов усиливает комплексообразование между сенсибилизатором и отрицательно-заряженной поверхностью молекулы ДНК, а присутствие в молекуле гидрофобного фрагмента приводит к увеличению флуоресценции этих комплексов по сравнению со свободным красителем, что увеличивает чувствительность анализа фрагментов (внДНК). Предложен новый способ оценки уровня гибели клеток в организме человека при острых и хронических патологических процессах, которые сопровождаются усиленным апоптозом и некрозом клеток. Были измерены концентрации внДНК и фрагментов транскрибируемой области рибосомного повтора (ТОрДНК) в крови. При остром инфаркте миокарда в крови в среднем в 5 раз возрастает концентрация внДНК и в 12 раз – концентрация ТОрДНК по сравнению с нормой. При хроническом течении ишемической болезни сердца уровень внДНК не отличаются от нормы, но в этом случае в 4,8 раза повышается содержание ТОрДНК в составе внДНК, и в 7 раз повышается концентрация ТОрДНК в сыворотке. Накопление ТОрДНК в внДНК обусловлено устойчивостью ТОрДНК к двунитевым разрывам, вносимым эндонуклеазами крови. При остром и хроническом течении ишемической болезни сердца значительно увеличена нуклеазная активность крови и повышено количество антител к фрагментам ТОрДНК, причем основная часть антител связана с внДНК. Фрагменты ТОрДНК могут быть маркерами скрытого увеличения уровня гибели клеток при патологии и выступать в роли факторов стресс – сигнализации при ответе организма на увеличение уровня гибели клеток.

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СКРИНИНГА ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ПРЕПАРАТОВ НА МОДЕЛЯХ ЖИВОТНЫХ IN VIVO С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦВЕТНЫХ ФЛУОРЕСЦИРУЮЩИХ БЕЛКОВ

А.П.Савицкий1), И.Г.Меерович1), Л.Р.Арсланбаева1), В.О.Попов1), И.В.Турчин2), А.Г.Орлова2), Н.М.Шахова2), А.М.Сергеев2)

1) Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН, Москва

2) Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгоров

Использование флуоресцирующих белков в качестве прижизненных маркеров позволяет вести непрерывный визуальный мониторинг многочисленных процессов, происходящих в живых интактных организмах на уровне молекул и одной клетки. Гетерологическая экспрессия флуоресцирующих белков возможна в клетках любого типа и в любых организмах. Высокая интенсивность флуоресценции позволяет визуализировать молекулярные процессы в живых организмах без инвазивного вмешательства. Применение флуоресцирующих белков со спектром эмиссии в красно-оранжевой области позволяет увеличивать глубину визуализации сигнала в связи с минимизацией фонового сигнала и светорассеяния. Метод позволяет вести в режиме реального времени непрерывный визуальный мониторинг роста и распространения опухоли, ангиогенеза (развития новых сосудов) и ответа на лекарственную терапию без применения анестезии или обездвиживания животных.

В данной проведена оптимизация методики получения трансфици-рованных клеточных линий, отработаны методики стандартизации флуоресценции клеток, экспрессирующих красные флуоресцирующие белки (с использованием флуоресцентной проточной цитометрии и флуоресцентной спектроскопии). Для определения копийности плазмиды в трансфицированных опухолевых клетках была разработана методика, основанная на использовании количественного ПЦР. При уменьшении количества плазмид до уровня менее одной на клетку предлагается дополнительная селекция клеточной линии в селектирующей среде, содержащей генетицин. Разработаны методики детекции цветных флуоресцирующих белков в мышах линии Nu/Nu методом диффузионной флуоресцентной томографии.

2.3. Информатика

МУЛЬТИАЛГОРИТМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ МЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ: МЕТОДОЛОГИЯ, МОДЕЛИ, ПРИМЕНЕНИЯ

Ю.И.Журавлев1), В.В.Рязанов 1), О.В.Сенько 1)

1)Вычислительный центр им. А.А.Дородницына РАН

Методы математической теории распознавания позволяют выявлять по выборкам прецедентов (истории болезни, анкеты, лабораторные анализы, и т.п.) причинно-следственные связи (знания) между независимыми и зависимыми переменными, использовать их для исследования этиологии и патогенеза социально значимых заболеваний, а также создания и усовершенствования новых средств диагностики. Используемая методология, методы и программы анализа должны быть максимально универсальными, применимы для анализа разнотипной, неполной и неточной информации, при этом пользователь, являющийся прежде всего специалистом в медицине, не обязан иметь высокую математическую квалификацию. Создание подобной универсальной методологии и средств анализа возможно и целесообразно в рамках мультиалгоритмических конструкций, когда используются все основные существующие подходы и средства автоматического принятия оптимальных решений множествами алгоритмов. В ВЦ РАН разработана общая методология, методы и программы, основанные на использовании алгебраической теории алгоритмов и проведены исследования по ее адаптации и применению в медицине.

В области разработки мультиалгоритмических средств синтеза оптимальных устойчивых диагностических (прогнозных) алгоритмов создан и апробирован логический корректор методов диагностики, основанный на использовании потенциальных функций. Корректор не содержит управляющих параметров и не требует обучения. Разработаны комбинаторные и генетические алгоритмы поиска логических закономерностей (извлечения знаний) из выборок прецедентов, эффективность которых подтверждена численными расчетами на реальных медицинских и модельных данных. Предложены и успешно апробированы методы синтеза устойчивых решающих правил для решения задач диагностики на базе полученных знаний, а также методы их сглаживания, основанные на аппроксимации логических закономерностей гладкими потенциальными функциями. Разработанные алгоритмы включены в макет программной системы анализа медицинской информации и диагностики (прогноза).

Совместно со специалистами Урологической клиники Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова проведены исследования по выбору метода лечения при камнях чашечек. База данных включала описания 148 пациентов и методы лечения при камнях чашечек в клинических условиях. Применение мультиалгоритмических подходов позволило подтвердить выбранные методы лечения, выявить корреляции между методами лечения и рядом клинических обследований, выявить расхождения между показаниями.

Совместно со специалистами Института генома республики Сингапур были проведены исследования по улучшению диагностики тяжести рака груди путём введения дополнительных гистологических градаций по профилям экспрессии генов, измеряемых с помощью технологии Affymetrix microarray, созданы более обоснованные методы диагностики.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ДИНАМИКУ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ ТУБЕРКУЛЕЗОМ В РОССИИ

Г.И.Марчук 1), А.А. Романюха1), К.К. Авилов1), О.А. Мельниченко 1), С.Е.Борисов 2)

1)Институт вычислительной математики РАН, Москва

2) НИИ фтизиопульмонологии ММА им. И.М.Сеченова, Москва

Цель. Целью исследований является создание комплекса методов количественного анализа эпидемиологических данных по туберкулезу населения РФ, позволяющих прогнозировать динамику заболеваемости и сравнивать эффективность различных стратегий борьбы с туберкулёзом. Основной задачей 2007 года являлся сравнительный анализ эффек-тивности противотуберкулёзных диспансеров в различных регионах РФ.

Данные и методы. В работе использовались данные отчетности областных противотуберкулезных диспансеров по Форме 33 для 14 областей европейской части РФ, данные индивидуализированной базы по выявленным больным, НИИ фтизиопульмонологии и данные Росстата по демографическим и социально-экономическим характеристикам регионов, 1999-2001 гг. Методы численного решения дифференциальных уравнений, аналитические и численные методы исследования чувствительности решений модели к возмущениям параметров, методы статистического анализа данных.

План работы. Сначала оценивается число невыявленных больных в регионе. Оценки строятся на дополнительной информации о свойствах выявленных больных. Затем социально-экономические и демогра-фические характеристики регионов сопоставляются с оценками параметров эпидемического процесса. По результатам сопоставления строятся зависимости параметров эпидемического процесса от характеристик региона. Используя уточненные оценки параметров, исследуется чувствительность состояния регионов к управляющим воздействиям. Сопоставляются эффекты воздействий на величины параметров эпидемического процесса.

Результаты. Идентифицированы значения параметров эпидемичес-кого процесса для 14 регионов. Установлены значительные, до 2-крат-ных, различия уровней инфицированности и заболеваемости (с учетом оценок числа невыявленных больных) между регионами. Показано, что в рассматриваемый период влияние на заболеваемость социально-экономических факторов сопоставимо с влиянием системы противо-туберкулезных диспансеров. Показано, что регионы могут значительно (до порядка) отличаться по чувствительности уровня заболеваемости к изменениям социально-экономических показателей и характеристик работы системы здравоохранения.

Обсуждение. Наибольший интерес представляют возможные различия между регионами в чувствительности эпидемической ситуации к изменениям в работе медиков и уровней социально-экономических факторов. Эти оценки могут отражать как различия в учете больных, так и объективные различия в состоянии эпидемического процесса. Например, разные социальные и возрастные группы по-разному реагируют на изменения социально-экономических факторов и работу системы здравоохранения. Следовательно, эпидемический процесс возможно неоднороден и распадается на относительно изолированные процессы. А для разных групп эффективны различные воздействия.

Публикации

1. Авилов К.К., Романюха А.А. 2007.Математическое моделирование процессов распространения туберкулеза и выявления больных. Автоматика и телемеханика. № 9, стр. 145-160.

2. Авилов К.К., Романюха А.А. 2007. Математические модели распространения и контроля туберкулеза (обзор). Математическая биология и биоинформатика, том 2, № 2, с. 188-318.

3. Мельниченко О.А., Романюха А.А. 2007. Модель эпидемиологии туберкулеза. Анализ данных и оценка параметров. Математическое моделирование (принята в печать).

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КЛАССИФИКАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
ДЛЯ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ ПАТАЛОГИИ СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ГЛАЗА

В.А.Сойфер, А.Г.Храмов, Н.Ю.Ильясова,
А.В.Куприянов, М.А.Ананьин, А.М.Малафеев

Институт систем обработки изображений РАН, Самара

Развитие методов анализа изображений глазного дна в настоящее время связано с совершенствованием систем для получения высококачественных изображений глазного дна и разработкой методов количественной оценки состояния кровотока. Некоторые из способов автоматизации диагностики таких заболеваний как диабетическая ретинопатия, глаукома, дистрофия зрительного нерва, отслоение сетчатки и другие основаны на анализе изображений и оценивания по ним различных характеристик и параметров, позволяющих сделать предположение о возможном диагнозе на основе ранее полученных статистических данных. Задача построения классификатора, способного обеспечить необходимое качество распознавания в условиях априорной неопределенности является чрезвычайно сложной. Предметом исследования данной работы является построение системы классификации на основе разработанных ранее диагностических признаков сосудов глазного дна и области диска зрительного нерва. В результате проведенных исследований был разработан метод классификации диагностических признаков сосудов глазного дна, основанный на применении самоорганизующихся карт Кохонена, позволивший значительно улучшить качество распознавания.

Сеть Кохонена использует неконтролируемое обучение, и обучающее множество состоит лишь из значений входных переменных. Сеть распознает кластеры в обучающих данных и распределяет данные по соответствующим кластерам.

Была разработана методика выбора классификатора, обеспе-чивающего наилучшее качество распознавания с использованием статистической теории восстановления зависимостей по эмпирическим данным и разработка методики выбора классификатора, обеспечивающего наилучшее качество распознавания в определенном классе данных.

Проведенные экспериментальные исследования точности и достоверности формирования экспертной оценки, а также сравнительный анализ различных классификаторов по реальным изображениям сосудов глазного дна показали обоснованность выбора данного метода.

В результате была спроектирована и реализована компьютерная система, предназначенная проведения сравнительного анализа различных систем классификации. Внутренние модули системы могут быть использованы в качестве составной части компьютерной системы диагностики глазного дна. Настоящее развитие работы связано с преобразованием системы классификации таким образом, чтобы разрабатываемая система могла выдавать количественные характеристики патологии, а не только экспертное заключение о том, принадлежит сосуд к классу нормы или патологии. Внедрение этой системы в медицинскую практику в дальнейшем расширит возможности существующих медицинских методик и позволяет автоматизировать диагностику.

Публикации по результатам исследований: (1) А.М.Малафеев, Применение самоорганизующихся карт Кохонена для классификации сосудов глазного дна – Труды Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «IX Королевские чтения», с. 298, 2007; (2) А.Malapheev, M.Ananin, A.Kupriyanov, N.Ilyasova, The analysis of the retina vessels images based on the self-organized Kohonen’s map – Proceedings of the 8th International Conference on pattern recognition and image analysis: New information technologies (PRIA-8, 2007), p. 331-334, 2007; (3) А.М.Малафеев, А.В.Куприянов, Н.Ю.Ильясова. Метод классификации сосудов глазного дна, основанный на применении самоорганизующихся карт Кохонена. – Компьютерная оптика, том 31, № 1, 2007, с. 67-70.

СИСТЕМА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА

К ДАННЫМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ПО МЕДЛЕННОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ

Н.А.Кузнецов1), Д.В.Сушко1), Ю.М.Штарьков1)

1)Институт проблем передачи информации РАН, Москва

В настоящее время созданы и очень быстро пополняются многочисленные банки данных томографических исследований, широко используемые в медицине для диагностики, планирования лечения и т.д. Помимо долгосрочного хранения томографических данных (ТД), важно обеспечить возможность эффективного обмена ТД между различными банками данных и удаленного доступа к ТД. Последнее позволит пользователям (врачам, исследователям и др.) работать с удаленными ТД, проводить «на расстоянии» медицинские консультации, видео-конференции, семинары повышения квалификации медицинского персонала и т.д. Решение перечисленных задач затрудняется большим объемом ТД и выдвигает на первый план задачу их сжатия.

Основной рассматриваемой задачей является задача создания системы, которая позволит обеспечить удаленный доступ к ТД по медленному каналу связи (данные должны передаваться без искажений). ТД представляют собой набор (от нескольких до нескольких сотен) полутоновых изображений (томограмм), каждое из которых описывает плотность тканей пациента в плоскости одного среза. Томограмма содержит 512 х 512 элементов, целочисленные яркости которых соответствуют относительным плотностям тканей в единицах Хаунсфилда и описываются 12 битами. Поэтому на передачу одной томограммы по сравнительно медленному каналу (со скоростью передачи около 1 МБт/с) затрачивается около 3.2 с, а на весь набор ТД — в десятки раз больше. Такие задержки обмена данными неудобны для пользователя: известно, что работа в интерактивном режиме перестает быть комфортной, если время отклика на простые действия типа Open превышает 0.5 с. Один из основных способов уменьшения задержек — сжатие данных. Однако на практике, оставаясь в рамках требования сжатия данных без искажений, редко удается обеспечить степень сжатия изображений, большую 3. Тем самым время доступа не может быть сделано меньше 1 с. Это означает, что для решения поставленной задачи необходимо, помимо сжатия, использовать разумную стратегию доступа, которая позволила бы сократить субъективное время отклика (время доступа к неискаженным данным, разумеется, не может быть сокращено).

В основу разработанной системы положена основанная на принципе порционной передачи стратегия доступа, которая учитывает естественные предположения относительно потребностей пользователя при работе с ТД. Разработан и реализован согласованный с этой стратегией метод сжатия томограмм, обеспечивающий сжатия данных не менее чем в два раза. В алгоритме сжатия используется двумерное дискретное обратимое вейвлет-преобразование (по системе вейвлетов Легалла–Табатабаи) и неравномерное кодирование Хаффмана. Алгоритм сжатия реализован в виде динамически присоединяемой библиотеки (DLL) для операционной системы WINDOWS. Разработанная система обеспечивает субъективное время отклика порядка 0.4 с для доступа к первой томограмме из области интереса и почти мгновенный доступ ко всем последующим томограммам из той же области и, таким образом, обеспечивает пользователю комфортную работу с удаленными ТД.

НОВЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ПОСРЕДСТВОМ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕДИЦИНСКОГО СКАНИРОВАНИЯ

Н. С. Кульберг1), А. Б. Елизаров1), Т. В. Яковлева1), Ю. Р. Камалов2)

1)Вычислительный центр имени А.А. Дородницына РАН. 2)ГУ Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского РАМН

Дифференциация тканей представляет собой наиболее насущную за-дачу, решить которую призвана медицинская ультразвуковая интроско-пия. В настоящее время главным отображаемым параметром при ультра-звуковом исследовании является интенсивность принимаемых сигналов. Информация о фазе сигналов, как правило, не используется (за исключе-нием доплеровских режимов). Анализ интенсивности сигналов не позво-ляют эффективно оценивать целый ряд важнейших патологий в мягких тканях. Поиск новых подходов к ультразвуковой дифференциации тканей активно ведется как фирмами-производителями диагностического обору-дования, так и научно-исследовательскими коллективами во всем мире.

Известно, что наличие патологии приводит к существенным изменениям в структуре паренхимы пораженного органа. Влияние этих изменений на отражаемые ультразвуковые сигналы проявляется в изменении не только их интенсивности, но также спектральных и статистических характеристик. Для дифференциации тканей нами были использованы оригинальные методы оценки и отображения локальных спектральных характеристик принимаемых сигналов. Аналогичные подходы для задач медицинской ультразвуковой интроскопии, насколько нам известно, никем не предлагались. Были разработаны алгоритмы оценки локальных спектральных свойств изображения, основанных на использовании оконного преобразования Фурье. Для повышения точности спектральных оценок использовались методы пространственной фильтрации с последующей некогерентной обработкой сигналов.

Для оценки влияния вида биологической ткани на отдельные спектральные характеристики отраженного сигнала (несущая частота, ширина полосы спектра и др.) были проведены клинические испытания на базе РНЦХ РАМН. В ходе испытаний было установлено, что дополнительные параметры исследования ультразвукового изображения позволяют в определенных пределах судить о степени физической плотности изучаемого объекта, что невозможно при использовании стандартных ультразвуковых методик. Эти новые возможности имеют существенные перспективы при обследовании пациентов с хроническими диффузными поражениями печени, хроническим холангитом, холе- и холангиолитиазом, а также при опухолевых заболеваниях печени.

3. Приборы и материалы медицинского назначения, новые лекарственные препараты

3.1. Приборы и материалы

НОВЫЕ НАНОРАЗМЕРНЫЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ИМПЛАНТАТОВ НА ОСНОВЕ БИОСОВМЕСТИМЫХ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И БИОПОЛИМЕРОВ

В.Т.Калинников, Н.А.Захаров, Ж.А.Ежова, Е.М.Коваль, К.В.Скибинский

Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова, Москва

Разработаны методы направленного синтеза путем осаждения из водных растворов биосовместимых наноразмерных органоминеральных композитов (ОМК) для медицинских имплантатов на основе аналога неорганической компоненты костной ткани млекопитающих – гидроксиапатита кальция Са10(РО4)6(ОН)2 (ГА) и биополимеров природного происхождения – каррагинана (КАР) (продукт переработки морских водорослей) и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ).

С использованием методов физико-химического анализа (химический анализ, РФА, ИКС, ДТА, ДТГ, ЭСХА, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия) и биохимических исследований in vitro и in vivo (взаимодействие со стандартными тестовыми препаратами, реакции белой крови) изучено влияние условий синтеза (состава и типа прекурсоров, гидродинамических и тепловых характеристик процесса синтеза, степени кислотности реакционной среды, количества введенной органической фракции и др.) и последующей обработки (термические воздействия; тепловые, химические и радиационные стерилизующие факторы) на физико-химические и биохимические характеристики продуктов синтеза – биокомпозитов ГА/КАР, ГК/КМЦ.

Установлено, что продукты синтеза (ОМК ГА/КАР, ГА/КМЦ) при высушивании на воздухе приобретают прочность, сопоставимую с прочностью керамики и нативной кости. Размеры нанокристаллов (НК) неорганической фазы ОМК (ГА) близки по размерам к размерам кристаллов нативной кости (14-60 нм), имеют вытянутую вдоль оси «с» форму с отношением длин элементарной ячейки вдоль осей с/а>3 и агломерированы в блоки (50-300 нм) предположительно за счет взаимо-действия с гидроксильными (ОН-) и сульфатными (в случае КАР) (О3SO-) группами биополимера. Взаимодействие в условиях синтеза в исследован-ной органоминеральной системе, во многом моделируя картину биоминерализации биосовместимых фосфатов кальция в естественных условиях живого организма, приводит к образованию ОМК, сходного по физико-химическим характеристикам с нативной костью (характеристики НК ГА, термические эффекты ОМК при нагревании и т.д.).

Выводы о биохимических и медико-биологических характеристиках (биологическая активность, аллергическая и антиинфекционно-бактериальная реакция, токсичность) изученных ОМК сделаны на основе исследования изменения общего числа лейкоцитов и количества отдельных лейкоцитарных форм (эозинофилы, палочкоядерные нейтрофилы, сегментоядерные нейтрофилы, лимфоциты) в периферической крови крыс при внутрибрюшинном введении ОМК. Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о том, что ОМК ГА/КАР, ГА/КМЦ не являются аллергенами, не токсичны, обладают биологической активностью и представляют интерес для создания на их основе костных имплантатов.

Синтез ОМК ГА /КАР проводили с использованием КАР, полученного в Институте биоорганической химии ДВЦ РАН (И.М. Ермак). Исследования биохимических и медико-биологических характеристик ОМК выполнены совместно с Самарским государственным медицинским университетом (И.М.Байриков, П.Г.Мизина, В.Е.Кузьмина).

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку исследований Программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине».

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОРБЦИИ МАТРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ОСНОВЕ ХИТИНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ В КАЧЕСТВЕ СУБСТРАТА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ С ЦЕЛЬЮ ЗАЖИВЛЕНИЯ РАН

Е.Ф. Панарин1), Г.П.Пинаев2), М.И.Блинова2), Н.М.Юдинцева2), А.С.Власов2), Т.В.Серговская2), В.Ф.Синицина2), Л.А.Нудьга1), В.А.Петрова1), Г.М.Михайлов1), М.Ф.Лебедева1), А.М.Бочек 1)

1)Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург

2)Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург

Интенсивное развитие клеточных технологий, применяемых в новой области медицины – регенеративной медицине, требует разработки новых материалов, которые могут служить субстратами для культивируемых клеток. Обязательным условием для таких материалов является их резорбция при имплантации в организм соответствующих клеточных продуктов.

Целью настоящей работы является изучение резорбции матричных материалов на основе хитина и его производных в процессе заживления ран в результате трансплантации в модельную рану лабораторных животных фибробластов кожи человека, культивируемых на указанных матрицах. Состав матриц и способы их приготовления были разработаны на основании предыдущих исследований полученных матриц в процессе выращивания на них клеток кожи человека – фибробластов и кератиноцитов. Были испытаны 3 пленочные, 2 губчатые матрицы и 1 образец тканой матрицы. О состоянии матричных материалов, на которых культивировались клетки, и процессе заживления судили по гистологическому анализу биоптатов регенерирующей ткани, забираемых через 10 и 15 дней после трансплантации. Контрольными служили раны, в которые трансплантировали матричные материалы без клеток («трансплантат без клеток»). Общий контроль ко всем вариантам был представлен «острой раной» без трансплантатов, где процессы восстановления и новообразования дермы проходили естественным путем. Дополнительно проверяли резорбцию указанных матриц в условиях in vitro в процессе культивирования на них клеток в течение 35 дней. В результате испытаний установлено следующее.

- В процессе культивирования клеток на всех опытных образцах в условиях in vitro в течение 35 сут не отмечено никакой резорбции матричных материалов.

- В опытных вариантах с пленками и в контроле «трансплантат без клеток» на сроках 10 и 15 сут следов пленочных матриц в ране не сохранилось и не обнаружено в биоптате, то есть они полностью резорбировали в организме. В одном из опытных вариантов трансплантата «клетки на губке» через 10 сут в биоптате сохранилась часть матричного материала.

- В опытном варианте трансплантата «клетки на тканой матрице» и в соответствующем контроле «трансплантат без клеток» в биоптате через 10 сут сохранялась часть матрицы, на сроке 15 сут от матрицы оставались отдельные волокна, что говорит о ее неполной резорбции в течение этого срока.

- Процессы ангио- и миогенеза в опытных вариантах протекают уже на ранних сроках (10 сут) и усиливаются к 15-м суткам. Во всех опытных вариантах по сравнению с общим контролем (острая рана) отмечается слабое развитие воспалительных реакций. Это свидетельствует об отсутствии токсичности матричных материалов и о нормально идущих процессах восстановления дермы;

Таким образом, испытанные матрицы с культивированными на них дермальными фибробластами в течение 15 сут полностью или частично резорбируют в организме лабораторных животных. Использование в клинической практике разработанных материалов в качестве резорбируемых субстратов представляется перспективным, а разные формы их могут применяться в зависимости от назначения и необходимого срока резорбции.

Разработка биосинтетических нанокомпозитных материалов на основе фторсодержащего латекса

и природных полимеров

Б.К. Гаврилюк1), Г.А. Давыдова1), А.В.Кнотько2), И.В. Савинцева1),

И.И. Селезнева1)

1Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН,

г. Пущино

2Московский государственный университет, Москва

Одной из основных задач, решаемых при разработке биоинженерных систем, применяемых в различных областях медицины, является обеспечение требуемого уровня физико-химических характеристик материалов, их биосовместимости и биологической активности. Мы разработали новый подход к формированию структуры и обеспечению биологической активности композитных материалов, объединяющих преимущества синтетических и природных полимеров. Данный подход, заключающийся в использовании водных дисперсий синтетического фторсодержащего латекса, позволяет вводить в объем композитного материала природные макромолекулы и низкомолекулярные биорегуляторы без потери их биологической активности. Целью данной работы было изучение механизмов взаимодействия фторполимерного латекса с полисахаридами, выявление связи условий формирования композитных материалов с их структурой, физико-химическими характеристиками и биологической активностью.

Проведенное исследование показало, что анионные (альгинат натрия) и неионогенные (метилцеллюлоза) полисахариды оказывают сходное влияние на фазовое состояние латексно-полисахаридной дисперсии. При этом фазовый состав смеси и температурный режим сушки определяют процессы самоорганизации коллоидных систем и формирование структуры композитных материалов. Выявлены диапазоны концентраций латекса и полисахаридов и установлены температурные режимы, при которых происходит формирование цельных, однородных по толщине и структуре пленок. Анализ пиков поглощения в ИК-спектрах композитных материалов позволил установить основные типы межмолекулярных взаимодействий в исследуемых системах. Рентгеноструктурный анализ показал различный характер изменений надмолекулярной структуры материалов при введении способной к кристаллизации метилцеллюлозы и аморфного альгината натрия.

Показано, что изменение таких параметров как соотношение полиса-харид/латекс и природа полисахарида позволяет управлять архитектурой и физико-химическими характеристиками композитных материалов. Вве-дение гидрофильного полисахаридного компонента позволяет модифици-ровать пористость, парогазопроницаемость и сорбционную способность латексной матрицы, а также модифицировать гидрофильно-гидрофобные свойства поверхности композитных материалов. Определено соотноше-ние компонентов, при которых формируются биосинтетические пленоч-ные материалы, которые по своим физико-химическим характеристикам соответствуют требованиям, предъявляемым к современным раневым покрытиям. Проведенное исследование позволило установить изменение характеристик поверхности латекс-полисахаридных материалов с умеренно гидрофобных на сильно гидрофобные, которое вызвано выходом в раствор несвязанных с латексной матрицей полисахаридов. Показано, что композитные пленки поддерживают в течение 2 сут адгезию и распластывание субстратзависимых клеток млекопитающих, а на 3-4-е сутки полностью теряют свои адгезтионные свойства и могут быть безболезненно удалены с поверхности раны. Разработанные биосинтетические композитные материалы могут быть рекомендованы к использованию в качестве раневых покрытий, предназначенных для лечения обширных и глубоких повреждений кожи, при которых необходимо использование культур клеток.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы РАН «Фундаментальные науки – медицине» и контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям № 02.513.11.3090.

СИНТЕЗ БИОРЕЗОРБИРУЕМЫХ ПОРИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАМЕНЫ И РЕГЕНЕРАЦИИ ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ

В.Н.Баграташвили, Е.Н.Антонов, С.А.Бочкова, Л.И.Кротова, В.К.Попов, А.В.Попова

Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН,

г. Троицк, Моск. обл.

Разработка пористых трехмерных матричных структур является одним из основных направлений современной тканевой инженерии. Матрицы должны совмещать одновременно несколько функций, служить механическим каркасом и оказывать стимулирующее воздействие на формирование естественных тканей. Для ускорения процесса восстановления ткани, внутрь матрицы могут быть введены биологически активные вещества: протеины, способствующие адгезии и росту клеток, лекарственные препараты, а также клеточные культуры. Для практических применений, в частности, для восстановления костных тканей, необходимо изготавливать имплантаты заданной формы с их окончательной подгонкой во время операции. Это длительный и сложный процесс. Методы быстрого прототипирования, послойного изготовления трехмерных объектов на основе компьютерного моделирования, позволяют ускорить и стандартизировать процесс изготовления имплантатов.

Целями данного проекта являются создание новых биосовместимых материалов для замены и регенерации поврежденных или отсутствующих тканей человеческого организма и разработка новых технологий изготовления из этих материалов трехмерных матриц определенной структуры, формы и размеров с заданными биохимическими и физико-механическими свойствами.

Для реализации поставленных задач был проведен ряд мультидисциплинарных разработок, включающих технологию поверхностно селективного лазерного спекания, сверхкритические флюидные технологии, процессы осаждения керамических покрытий из растворов.

В качестве базового материала для формирования матриц нами ис-пользовался полилактид, биологически совместимый и резорбируемый полимер, но не обладающий требуемой биологической активностью. С целью оптимизация биологических свойств материала матриц были раз-работаны композиты полилактида с биоактивными неорганическими и ор-ганическими компонентами. В результате выполнения проекта в 2007 г.: