Биотехнологии 2015 Сборник материалов международного конгресса

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

Использование ДНК-белкового комплекса, состоящего из оцДНК и агробактериальных белков VirE2 и VirD2, для доставки таргетных последовательностей в животные клетки является новым подходом для генотерапии. Ранее мы показали, что рекомбинантный белок VirE2 спо - собствует накоплению флуоресцентно-меченных олигонуклеотидов (23 н.о.) в клетках HeLa и почек эмбрионов свиньи (СПЭВ) [1].

В докладе представлены новые данные о возможности белка VirE2 способствовать накоплению оцДНК (200 н.о.) в нативных животных клетках HeLa и СПЭВ. Впервые показано, что оцДНК накапливается в клетках СПЭВ кавеолин-, клатрин-независимым путем, тогда как олигонуклеотиды (23 н.о.) накапливаются в клетках СПЭВ с участием клатрин-зависимого эндоцитоза. С помощью метода молекулярной динамики впервые исследована модель комплекса из белков VirE2-VirE1, участвующих в транспорте оцДНК. С помощью метода нормальных мод изучены свойства пор на основе белка VirE2, и в комплексе из двух белков VirE2 предсказаны колебательные движения, сходные с воротным механизмом ионных каналов, в то время как в комплексе из четырех белков VirE2 изменения конформации внутри поры не обнаружены.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 14–04–31206 мол_а. Литература:

1.  Volokhina I.V., Gusev Yu.S., Mazilov S.I., Chumakov M.I.VirE2-protein-dependent DNA transfer across artificial and cell membranes // J. Bioinf. Comput. Biol. 2012. Vol.10. P. e1241009.

STUDYING OFVirE2 PROTEINASADNATRANSPORTER INTOANIMALCELLS Gusev Yu.S.,1 Mazilov S.I.,1 Moiseeva E.M.,1 Volokhina I.V.,1 Chumakov M.I.1,2

1Inst. Biochem & Physiol. Plants & Microorg., Russ. Acad. Sci., Entuziastov pr. 13, Saratov, 410049, Russia; tel.: [phone];

2Saratov State University, Moskovskaya st. 155, Saratov, 410012, Russia; e-mail: [e-mail]

The data concerning VirE2-mediated ssDNAtransfer into the animal cells were obtained. Asupramolecular complexes based on VirE2 protein model using bioinformatics methods was studied.

Keywords: VirE2 protein, pore, ssDNA transfer, animal cells.

Anew approach for the gene therapy is the use the DNA-protein complex consisting of ssDNAand Agrobacterium VirE2 and VirD2 proteins, to deliver targeted sequences in animal cells. Previously, we showed that the recombinant VirE2 protein promotes the accumulation of fluorescently-labeled oligonucleotides (23 nt) in HeLa cells and embryonic kidney pigs cells (SPEV) [1].

The report presents a new data on the possibility of VirE2 protein to promote the accumulation of ssDNA(200 nt) in native animals HeLa and SPEV cells. It was shown for the first time that ssDNA

accumulates in SPEV cells by the kaveolin-, clathrin-independent way, whereas oligonucleotides (23 nt) accumulate in SPEV cells involving clathrin-dependent endocytosis.VirE2-VirE1 protein complex using the molecular dynamics method was studied. The oscillating motions of a complex consisting from two and four VirE2 subunits using the normal modes method are estimated. The possible gating mechanism similar to the gating mechanism of ion channels of a complex from two VirE2 proteins is shown, whereas the conformational changes inside the pore in a complex from four VirE2 proteins were not observed.

This research was supported as a part by the RFBR (grant 14–04–31206). References: 1.  Volokhina I.V., Gusev Yu.S., Mazilov S.I., Chumakov M.I.VirE2-protein-dependent DNA

transfer across artificial and cell membranes // J. Bioinf. Comput. Biol. 2012. Vol.10. P. e1241009.

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	39

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

УДК 616.89; 615.832.9; 615.851

БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ПЕРСОНИФИЦИРОВАННОЙ ТЕРАПИИ ПСИХИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Клюшник Т.П., Тиганов А.С., Копейко Г.И.

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр психического здоровья» РАМН, Москва, Россия 115522  Москва, Каширское шоссе, 34

e-mail: [e-mail]

Рассмотрены биотехнологии, применяемые для диагностики и персонифицированной терапии в ФГБУ «НЦПЗ» РАМН: молекулярно-генетические технологии, нейроиммунодиагностика, нейрофизиологические и тромбоцитарные маркеры, терапевтический лекарственный мониторинг.

Ключевые слова: генотипирование, нейроиммунодиагностика, терапевтический лекарственный мониторинг, предикторы эффективности терапии.

Прогресс в изучении механизмов психических заболеваний служит основой для выявления молекулярных факторов, ассоциированных с этими заболеваниями, и созданию на их основе технологий, способствующих решению вопросов диагностики, мониторинга и персонифицированной терапии пациентов.

Для выявления предрасположенности к психическим заболеваниям разработаны технологии генотипирования; для ранней диагностики аутистических расстройств – технологии, основанные на выявлении хромосомного мозаицизма.

Выявление иммунных факторов, связанных с клиническими особенностями, послужило основой для создания лабораторной технологии «Нейро-иммуно-тест», способствующей объективной оценке остроты и тяжести патологического процесса, полноты и качества ремиссии.

Для психотропных препаратов с узким интервалом эффективности разработаны приемы терапевтического лекарственного мониторинга, позволяющие оптимизировать режим терапии.

Отдельное направление – определение маркеров тромбоцитов крови, которые являются адекватной моделью серотониновых мозговых рецепторов и метаболизма глутамата. В практику внедрен новый метод определения тромбоцитарного серотонина, результаты которого используются для коррекции лекарственной терапии аффективных расстройств.

UDC 616.89; 615.832.9; 615.851

BIOTECHNOLOGIES USED FOR DIAGNOSTICSAND PERSONIFIED THERAPY OF MENTALDISORDERS

Klushnik T.P., TiganovA.S., Kopeyko G.I.

Federal state governmental institution “The Mental Health Research Centre” RAMS, Moscow

Russia 34, Kashirskoye shosse, Moscow, 115522 e-mail: [e-mail]

The following biotechnologies applied for diagnostics and personified therapy in FSGI “MHRC”

RAMS were considered: molecular genetic technologies, neuroimmunodiagnostics, platelet markers

and therapeutic drug monitoring.

Keywords: genotyping,neuroimmunodiagnostics,therapeuticdrug monitoring,predictorsof treat- ment efficacy.

40 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

The progress in the investigation of mechanisms of mental disorders serves as the basis for detection of molecular factors associated with mental disorders, and creation of biomedical technologies and test systems on their basis, which contribute to the solution to the questions of diagnostics, monitoring and personified treatment of patients.

Genotyping technologies were developed for determination of proneness to schizophrenia spectrum disorders. Technologies based on detection of chromosome mosaicism were also developed for early diagnostics of autism spectrum disorders.

Detection of a number of immune factors connected with the clinical specificities served as the basis for creation of “Neuro-immune-test” laboratory technology. Immunodiagnostics promotes the efficient evaluation of acuteness and severity of pathological processes, as well as completeness and quality of remissions.

Methods of therapeutic drug monitoring were developed for psychotropic agents having a narrow efficacy interval, which made it possible to timely correct the dose of the drug.

Detection of platelet markers, which are an adequate model of brain serotonin receptors and glutamate metabolism present the separate direction. The technology of determination of platelet serotonin was developed, the results of which are used for correction of drug therapy of affective disorders.

УДК 616.43

ДИАБЕТ – ТРАНСЛЯЦИОННЫЕ НАРУШЕНИЯ БЕЛКОВОГО ОБМЕНА Мухамеджанов Э.К., Есырев О.В., Ерджанова С.С.

АО Научный центр противоинфекционных препаратов, Алматы, Казахстан

050000, Алматы, ул. Гоголя 96/98, кв.15 e-mail: [e-mail]

Разбирается значение нарушений синтеза белка на этапе трансляции в механизме развития сахарного диабета 2 типа.

Ключевые слова: диабет, патогенез, белковый обмен, трансляция, инсулинрезистентность

Мышцы определяют до70%инсулин-стимулируемого поглощения глюкозы[3],т.е. играют основную роль в развитии инсулинрезистентности (ИР) или диабета 2 типа. Поэтому факто - ры, способствующие снижению мышечной массы, приводят к понижению величины потребления глюкозы и развитию ИР. Инсулин проявляет свое анаболическое влияние посредством увеличения активности IF4E с eIF4 – киназ трансляции [5], а величина синтеза мышечного белка в большей степени зависит от эффективности трансляции [2]. Ключевой киназой этого этапа является мТОР, на активность которой значительное влияние оказывает ряд факторов

стиля жизни человека: уровень физической нагрузки, обеспеченность рациона питания ами - нокислотами, особенно лейцином [1] и др. Введение катаболических агентов (стероиды, ци - токины), способствующих развитию ИР, контроль синтеза белка также изменяется на этапе трансляции [4]. Таким образом, важной причиной развития диабета является нарушение процесса синтеза белка на этапе трансляции. Это положение необходимо учитывать при разработке технологий по профилактики и лечения заболевания. Статьи из журналов: 1.  Apró W, Blomstrand E. Influence of supplementation with branched-chain amino acids in com-

bination with resistance exercise on p70S6 kinase phosphorylation in resting and exercising human skeletal muscle. Acta Physiol (Oxf).-2010.-V.200.-P.237–48

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	41

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

2.  Cooney R, Kimball SR, and Vary TC. Regulation of skeletal muscle protein turnover during sepsis: mechanisms and mediators. Shock.-1997.-V.7.-P.1–16

3.  DeFronzo RA, Ferrannini E, SatoY, Felig P,Wahren J. Synergistic interaction between exercise and insulin on peripheral glucose uptake. J Clin Invest.-1981.-V.68.-P.1468–1474

4.  Lang CH, Vary TC, and Frost RA. Acute in vivo elevation in IGFBP-1 decreases plasma free IGF-I and muscle protein synthesis. Endocrinology 144: 3922–3933, 2003

5.  Lin TA, Kong X, Haystead TAJ, Pause A, Belsham G, Sonenberg N, and Lawrence JC. PHAS-I as a link between mitogen activated protein kinase and translation initiation. Science.-1994.- V.266.-P.653–656

DIABETES – TRANSMITTING VIOLATIONS OFTHE PROTEINACEOUS EXCHANGE Mukhamedzhanov E.K., Esyrev O.V., Erdzhanova S.S.

JSC Scientific center for anti-infectious drugs, Almaty, Kazakhstan 050000, Almaty, Gogol str. 96/98, f.15

e-mail: [e-mail]

Value of violations of synthesis of protein at a broadcasting stage understands the mechanism of development of diabetes of the 2 type.

Keywords: diabetes, pathogenesis, proteinaceous exchange, broadcasting, insulinrezistenz.

Muscles define to 70% insulin stimulated absorption of glucose [3], i.e. play the main role in development insulinrezistenz (IR) or diabetes of the 2 type. Therefore the factors promoting decrease in muscle bulk lead to decrease of size of consumption of glucose and development of IR. Insulin shows the anabolic influence by increase in activity of IF4E with eIF4 – kinases of broadcasting [5], and the size of synthesis of muscle protein more depends on efficiency of broadcasting [2]. A key kinase of this stage is MTOR on which activity considerable influence renders a number of factors of lifestyle of the person: level of physical activity, security of a food allowance with amino acids, especially leucine [1], etc. Introduction of the catabolic agents (steroids, tsitokins) promoting development of IR control of synthesis of protein also changes at a stage of broadcasting [4].

Thus, violation of process of synthesis of protein at a broadcasting stage is the important reason of development of diabetes. This situation needs to be considered in developing technologies on prevention and treatment of a disease.

References

1.  Apró W, Blomstrand E. Influence of supplementation with branched-chain amino acids in combination with resistance exercise on p70S6 kinase phosphorylation in resting and exercising human

skeletal muscle. Acta Physiol (Oxf).-2010.-V.200.-P.237–48

2.  Cooney R, Kimball SR, and Vary TC. Regulation of skeletal muscle protein turnover during

sepsis: mechanisms and mediators. Shock.-1997.-V.7.-P.1–16

3.  DeFronzo RA, Ferrannini E, SatoY, Felig P,Wahren J. Synergistic interaction between exercise

and insulin on peripheral glucose uptake. J Clin Invest.-1981.-V.68.-P.1468–1474

4.  Lang CH, Vary TC, and Frost RA. Acute in vivo elevation in IGFBP-1 decreases plasma free

IGF-I and muscle protein synthesis. Endocrinology 144: 3922–3933, 2003

5.  Lin TA, Kong X, Haystead TAJ, Pause A, Belsham G, Sonenberg N, and Lawrence JC.

PHAS-I as a link between mitogen activated protein kinase and translation initiation. Science.-1994.- V.266.-P.653–656

42	Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

УДК 574.2+615.9

БИОМЕДИЦИНСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ, СВЯЗАННЫХ С СУПЕРЭКОТОКСИКАНТАМИ: ПРОБЛЕМА ДИОКСИН Румак В.С.1,2, Умнова Н.В.2

1Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия 119234, Москва, Ленинские горы д.1, стр. 12; 2Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, Москва, Россия 119071,

проспект Ленинский, 33. E-mail: [e-mail]

Исследованы ключевые биомедицинские параметры хронической экспозиции диоксинами населения Вьетнама, проживающего на территориях применения армией США «Оранжевого агента», выявлены ассоциации этих параметров с проявлениями отдаленных медицинских последствий интоксикации.

Ключевые слова: суперэкотоксиканты, диоксин, хроническая интоксикация.

Показателей достоверной оценки риска для здоровья населения факторов локальной экотоксикологической ситуации, связанной с диоксинами, равно как и прогнозирования ассоциированных с ней отдаленных медико-биологических последствий интоксикации (ОМП) пока нет [1]. Для разработки этих проблем обследовано население территорий, пострадавших и не пострадавших от применения во Вьетнаме «Оранжевого агента» (1962–1971) [2]. Получены параметры содержания в организме человека (кровь, грудное молоко, плацента) загрязняющих веществ (прежде всего диоксинов и самого токсичного из них – 2,3,7,8-ТХДД). Установлены специфичные для токсического действия ТХДД изменения биомедицинских параметров (включая эффекты прямого индуцирующего действия на показатели состояния и индукции цитох - ром Р-450-зависимых монооксигеназ); цитогенетического статуса (в том числе системных изменений стабильности генетических и ядерных структур), скорости смены клеточных поколений. Выявлены ассоциации биомедицинских параметров с ОМП; полиморфизма генов системы биотрансформации ксенобиотиков (CYP1A1, GSTM1, GSTT1) с особенностями морфогенеза экспонированных детей. Последующая разработка этих параметров рассматривается как перспективное направление поиска биомаркеров специфического токсического действия диоксинов с целью обоснованной оценки экотоксикологической ситуации, связанной с такой хронической экспозицией.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РГНФ № 14–06–00726.

1.  Стойкие органические загрязнители. Управление риском воздействия на окружающую среду и здоровье населения (под. ред. Б.Н. Филатова). Волгоград. ФМБА. 2013. 180 с.

2.  Румак В.С., Умнова Н.В., Софронов Г.А.Молекулярные и клеточные аспекты токсичности диоксинов // Вестник РАМН. 2014. № 3-4. С. 77-84.

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	43

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

BIOMEDICALPARAMETERS FORASSESSMENT OF ECOTOXICOLOGICALSITUATIONS ASSOCIATED WITH SUPERECOTOXICANTS: DIOXIN PROBLEM

Roumak V.S.1,2, Umnova N.V.2

1Faculty of Biology, Moscow State University, Russia,

2Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences, Russia, 119071, Moscow, 33 Leninskij prosp. E-mail: [e-mail]

The core biomarkers of dioxin chronicle exposure were investigated among Vietnamese population living on the territories where Agent Orange was sprayed by the US Army (1962–1971). The associations of these parameters were revealed with the long-term health effects of intoxication.

Keywords: superecotoxicants, dioxins, human chronicle intoxication

There are no reliable parameters to assess public risk factors of local ecotoxicological situation on territories contaminated with dioxins, as well as to make a prognosis of associated long-term health consequences [1]. The inhabitants of several territories in Vietnam – suffered from Agent Orange application by the USArmy (1962–1971) and control regions – were examined by molecular toxicology methods [2] to solve this problem. Levels of contaminants (TCDD, first of all) in human organism (blood, breast milk, placenta) were obtained. Specific characteristics of TCDD activity were revealed as alterations of biomedical parameters, including direct effects of P-450-dependent monooxigenases induction and activity, cytogenetic status alterations (systemic changes in genetic and nucleus structures stability), shifts in cellular cycle rate. Associations were observed of these parameters with the LTHC; polymorphous variants of xenobiotic biotransformation genes (CYP1A1, GSTM1, GSTT1) presence with morphogenetic variants peculiarities among children. Future development of these parameters is considered as a promising direction for searching biomarkers specific for dioxins toxicity with the aim on evidence-based assessment of ecotoxicological situation associated with such chronic exposure. This study was supported by the Grant of Russian Humanitarian Scientific Foundation (scientific project N14–06–00726).

1.  Persistent organic pollutants. Managementof risk impacton the environmentand human health. Volgograd. 2013. 180 p. Russian.

2.  Roumak V.S., Umnova N.V., Sofronov G.A.Molecular and cellular aspects of dioxin toxicity // Vestnik RAMN – Annals Russ. Acad. Med. Sci. 2014. N 3-4. 77-84. Russian.

УДК577.118

НАНОЧАСТИЦЫ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА, ЗАГРУЖЕННЫЕ ДОКСОРУБИЦИНОМ, ДЛЯ ТЕРАПИИ И ДИАГНОСТИКИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Семкина А.С., Абакумов М.А., Габашвили А.Н., Мельников П.А., Гриненко Н.Ф.,

Нуколова Н.В., Кабанов А.В., Чехонин В.П.

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

117997, Россия, Москва, ул. Островитянова, д.1 Email: [e-mail]

Получены магнитные наночастицы оксида железа, покрытые оболочкой из бычьего сыво-

роточного альбумина (БСА) и полиэтиленгликоля (ПЭГ) и загруженные противоопухолевым

препаратом доксорубицином. Показано, что данные частицы эффективно высвобождают лекар-

ственный препарат и взаимодействуют с клетками, а также способны повышать эффективность МРТ-визуализации модельной глиомы С6 крысы.

44 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

Ключевые слова: магнитные наночастицы, доксорубицин, доставка лекарственных препаратов, контрастный агент для МРТ.

Магнитные наночастицы (МНЧ) оксида железа, полученные разложением ацетилацетоната железа (III) покрывались оболочкой из БСА благодаря адсорбции молекул белка и их последу - ющей ковалентной сшивке с помощью глутарового альдегида. Для обеспечения биосовместимости частиц была проведена их конъюгация с молекулами ПЭГ. Гидродинамический диаметр полученныхнаночастиц составляет 36±4нм, дзета-потенциал (-35±3)mV, содержание белковополимерной оболочки – 50±3%, Т2-релаксивность принимает значения 161±4mM-1с-1, величина остаточной намагниченности – 20±1emu/g. При внутривенном введении МНЧ, покрытых БСА и ПЭГ, удалось визуализировать модельную глиому С6 у крыс. Методом конфокальной микроскопии была доказана интернализация в клетки С6 полученных наночастиц и их преимущественное накопление в лизосомах клеток.

На следующем этапе производилась загрузка доксорубицина в синтезированные наночастицы. Емкость загрузки составила 8%. Было установлено, что при низких значениях рН процесс высвобождения лекарства происходит более интенсивно. Методом конфокальной микроскопии доказана интернализация МНЧ, покрытых БСА и ПЭГ и загруженных доксорубицином, в клетки С6. Работа была выполнена при поддержке грантов РНФ№14-15-00698, №14-13-00731, РФФИ №13-04-01383.

УДК 577.118

DOXORUBICIN-LOADED IRON OXIDE NANOPARTICLES FOR TUMOR THERAPYAND IMAGING

SemkinaA.S.,Abakumov M.A., GabashviliA.N., Melnikov P.A., Grinenko N.F., Nukolova N.V., KabanovA.V., Chekhonin V.P.

Pirogov Russian National Research Medical University 117997, Russia, Moscow, Ostrovitianov str. 1

Email: [e-mail]

Anti-cancer drug doxorubicin-loaded iron oxide magnetic nanoparticles, coated by the shell of bovine serum albumin (BSA) and poly(ethylene glycol) (PEG) were obtained. It was shown, that these nanoparticles effectively released the drug and interacted with living cells. Also these nanoparticles ability to increase MRI-imaging effectiveness in C6 rat glioma model.

Key words: magnetic nanoparticles, doxorubicin, drug delivery, MRI-contrast agent.

Magnetic nanoparticles (MNP) was obtained by the thermal decomposition of iron (III) acetyl ace- tonate. Formation of BSAshell over MNPcore was performed by adsorption of the protein molecules on the MNPs followed by crosslinking. In the next step the conjugation with PEG-molecules was carried out to provide nanoparticles biocompatibility. The hydrodynamic diameter of nanoparticles is 36±4nm, zeta-potential is (-35±3) mV, protein-polymer shell containing – 50±3%, Т2-relaxivity has the values of 161±4mM-1s-1, the value of saturation magnetization – 20±1emu/g. Experimental rat glioma C6 was successfully visualized after intravenous administration of MNP, coated by BSA and PEG molecules. Internalization of obtained nanoparticles in living C6 cells was proofed by confocal microscopy. MNP with the shell of BSA and PEG were mostly accumulated in lysosomes of cells.

Next step doxorubicin loading in MNP, coated by BSA and PEG, was carried out. Dox loading capacity into MNP shell was 8% by weight. It was shown, that under acidic conditions doxorubicin

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	45

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

release was larger than at pH 7.4. The internalization of doxorubicin-loaded MNP, coated by BSA and PEG, in C6 cells was showed by confocal microscopy method. As a result we can conclude that obtained magnetic nanoparticles can provide effective drug delivery to the tumor cells.

This work was supported by grants RFBR №13-04-01383 and RSCF №14-15-00698, №14-13- 00731.

УДК 615.461:617-089.844

ЭВОЛЮЦИЯ ВЗГЛЯДОВ НА МАТЕРИАЛЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНО-ХРЯЩЕВЫХ ДЕФЕКТОВ Сергеева Н.С., Комлев В.С., Баринов С.М., Свиридова И.К., Кирсанова В.А., Шанский Я.Д., Федотов А.Ю.

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный медицинский исследовательский центр имени П.А. Герцена» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва, Россия

125284, Москва, 2-й Боткинский проезд, 3. E-mail: [e-mail]

Будут представлены собственные данные и обзор современных трендов в разработке материалов, тканеинженерных конструкций и способов их функционализации для реконструкции костно-хрящевых дефектов.

Ключевые слова: материалы для имплантации, функционализация, костные дефекты.

Костная ткань является своеобразным полимер-неорганическим композитом, инкрустированным клетками, поэтому создание биомиметических имплантационных материалов для органотипического восстановления зон костно-хрящевых дефектов требует, с одной стороны, органической и неорганической составляющих, а с другой – функционализации скаффолдов.

В качестве органи-ческой составляющей (природного или синтетического происхождения) используют целый спектр белковых и углеводных полимеров: гидрогели на основе коллагена, желатина, производные гиалуроновой кислоты, полилактиды, полилактогликолиды, хитозаны и др.

Развитие технологий изготовления кальцийфосфатной керамики из нанопорошков дало возможность получать материалы с развитой поверхностью и выраженной способностью консолидироваться с окружающими тканями. Определенные успехи достигнуты в разработке инъецируемых форм керамики для замещения костно-хрящевых дефектов сложной конфигурации. Технологии быстрого прототипирования (3Д-печать) применительно к медико-биологическим задачам позволяют сегодня (пока в эксперименте) изготавливать скаффолды заданной формы,

пористости с иерархией в клеточной организации.

В качестве альтернативы искусственных кальцийфосфатных материалов-скаффолдов начи-

нают использоваться натуральные материалы, по своей архитектонике сходные с костной тка-

нью, в частности, скелет натуральных кораллов и их аквакультур, ротанг и др.

Исторически первым подходом к функционализации скаффолдов было заселение их клет-

ками (ММСК, хондроцитами, фибробластами) с формированием, таким образом, тканеинже-

нерных конструкций. Для стимуляции регенеративных процессов в зоне дефекта поверхность

скаффолда может быть обогащена нутриентами и аттрактантами для клеток, биологическими

стимуляторами и сигнальными молекулами. Путем функционализации скаффолдов можно ре-

шать и специальные медицинские задачи, насыщая их поверхность противоопухолевыми пре- паратами, стероидами, анальгетиками, антибиотиками.

46 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

Таким образом, сегодня в доклинических медико-биологических испытаниях находится широкий спектр биомиметических материалов и тканеинженерных конструкций на их основе, что позволяет надеяться на решение ряда медицинских проблем.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки (соглашение № 14.604.21.0132 от 21 октября 2014 г.) и РФФИ (грант 13-03-12127).

УДК 615.461:617-089.844

EVOLUTION OFVIEWS ON MATERIALS FOR BONEAND CARTILAGE DEFECTS REPLACEMENT

Sergeeva N.S., Komlev V.S., Barinov S.M., Sviridova I.K., Kirsanova V.A., Shansky Ja.D., FedotovA.Yu.

Herzen Federal Medical Research Center, Moscow, Russia

125284, Moscow, 2nd Botkinsky pass., 3. E-mail: [e-mail]

Resume: The original studies results and review of recent trends for production of materials and tissue-engineering constructions for bone-cartilage defects reconstruction and methods for their functionalization will be presented.

Keywords: Materials for implantation, functionalization, bone defects.

The original studies results and review of recent trends for production of materials for bonecartilage defects reconstruction will be presented.

Bone tissue is a polymer-inorganic nanocomposite encrusted by cells. So, the fabrication of biomimetic implant materials for bone and cartilage defects organotypical reconstitution needs inorganic and organic components and their functionalization.

As organic (natural or synthetic) component a number of protein and hydrocarbonate polymers is used, such as collagen and gelatin hydrogels, hyaluronic acid derivatives, polylactides, polylactoglycolides, chitosanes et al.

The development of nanopowder calcium-phosphate ceramics and “cold” technology ceramics gives the possibility to produce materials with developed surface and expressed ability to consolidate with surrounding defect tissues. Defined successes of injectible ceramic forms technologies (for complex-formed bone-cartilage defects treatment) were gained. The rapid prototyping technologies (3D printing) allow to provide the scaffolds with defined form, porosity and hierarchical cell organization for biomedical application. The alternatives for calcium phosphate materials-scaffolds are the natural materials (e.g. natural corals, corals aquacultures skeleton, rattan) with similar (with bone tissue) architectonics.

Historically the first method of scaffolds functionalization was their colonization by cells (MMSC, chondrocytes, fibroblasts). The scaffold surface may be enriched by nutrients, cell attractants and signal molecules (e.g., TGF-β1, PDGF BB, IGF, FGF, VEGF, BMP et al.), that leads to stimulation of regeneration processes in defect area. The special medical objectives can be resolved by means of scaffolds functionalization, for example, by saturation of their surface by anti-tumor drugs, ste- roids, analgesic drugs and antibiotics. Thus, at the present time a wide spectrum of biomedical materials and tissue-engineering con- structions are undergoing preclinical and clinical trials. It gives a hope to solve a number of medical problems. This work was performed at financial support of Russian Ministry of Education and Science (con- sent N 14.604.21.0132 (21.10.2014)) and Russian Foundation for Basic Research (grant N 13-03-

12127).

Congress “BIOTECHNOLOGY: STATE OF THE ART AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT” March 17-20, 2015	47

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

УДК 557.152.3, 538.975, 621.382.3

ДЕТЕКЦИЯ БЕЛКА D-NFATC1 В СЫВОРОТКЕ КРОВИ С ПОМОЩЬЮ НАНОПРОВОЛОЧНОГО БИОСЕНСОРА С АПТАМЕРНЫМИ ЗОНДАМИ Шумов И.Д.,1 Иванов Ю.Д.,1 Плешакова Т.О.,1 Козлов А.Ф.,1 Мальсагова К.А.,1 Крохин Н. В.,1

Кайшева А.Л.,1 Попов В.П.,2 Наумова О.В.,2 Асеев А.Л.,2 Латышев А. В.,2 Татур В.Ю.,3 Арчаков А.И.1 1Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно

исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича», Москва, Россия,119121, Москва, ул. Погодинская, д. 10, стр. 8

e-mail: [e-mail]

2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия 3ООО «ЦАМАКС», Москва, Россия

Показана возможность экспресс-регистрации белкового онкомаркера D-NFATc1 в сыворотке крови с помощью нанопроволочного биосенсора в режиме реального времени без дополнительныхметоксиспользованиемаптамероввкачествебиоспецифическихзондов.Концентрационная чувствительность регистрации составила 2,5 × 10 14 М при времени анализа 10 мин.

Ключевые слова: аптамер; биосенсор; кремний-на-изоляторе; D-NFATc1; нанопроволоки.

Нанопроволочные биосенсоры позволяют проводить высокочувствительную экспресс-реги- страциюбелковв режимереальноговременибезиспользованиядополнительныхметок.Однако, многократное использование нанопроволочных чипов реализуется, как правило, лишь в случае анализа очищенных белков в буферных растворах. При анализе сложных многокомпонентных биологических сред (например, сыворотки крови) существует проблема регенерации поверхности нанопроволок для многократного использования в связи с сильным влиянием неспецифической адсорбции компонентов сыворотки на эту поверхность. В настоящей работе показана возможность многократной регистрации белкового онкомаркера D-NFATc1 в сыворотке крови

счувствительностью 2,5 × 10 14 М. Время анализа составляло при этом 10 минут. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых высокочувствительных диагностических систем. Работа выполнена при поддержке субсидии по Соглашению № 14.576.21.0074

сМинобрнауки РФ.

48	Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015