1. Создание паттернов смачивания на основе омнифобных материалов
Схема приготовления паттернов смачивания. (А) – Схема синтеза мицеллярного раствора; (В) – Нанесение омнифобного раствора с последующей фотолитографией
Вызовы, создаваемые современными темпами развития науки и медицины, требуют новых подходов получения и анализа данных. Классические методы проведения экспериментов не позволяют достичь необходимой производительности. Для решения данной проблемы применяются методики миниатюризации и масштабирования экспериментов. Данный проект направлен на реализацию такого подхода с применением свойств смачиваемости функциональных материалов. Ключевым свойством, исследуемым в рамках проекта, является омнифобность. На практике как вода, так и органические растворители могут беспрепятственно соскальзывать с омнифобных поверхностей, не оставляя следов, при этом унося за собой̆ различные загрязнения. Уникальные свойства смачиваемости дают омнифобным материалам широкий спектр применений от добычи нефти до работы с микроорганизмами.
В данном проекте ведётся работа как над созданием новых омнифобных материалов, так и над их применением. Прикладная часть проекта заключается в структурировании омнифобных материалов для создания новых высокопроизводительных скрининговых платформ, которые будут применены для проведения экспериментов органического синтеза в микрообъёмах и изучения биологической активности малых молекул.
Нанесение жидкостей с различным поверхностным натяжением на омнифобный паттерн GPOSS-PDMS. (А) – Нанесение гексадекана; (В) – нанесение DMSO, DMF и гексадекана; (С) – пример паттернинга на чипе с помощью iDOT MINI liquid dispenser.
2. Разработка фоторезистов на основе полиметакрилатных органогелей для микроструктурирования смачиваемости поверхности
Области применения органогелей
Деградация органогеля при обработке ультрафиолетом в течение 0, 10, 20 и 30 минут
3. Получение фибриновых сгустков на платформах с омнифобной поверхностью для разработки скрининговой тест-системы тромбоза и нарушений фибринолиза.
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), такие как в инфаркт миокарда и ишемический инсульт остаются одной из основных причин высокой смертности и инвалидизации населения страны и мира, поэтому их лечение является актуальным. Часто указанные заболевания возникают в результате тромбоза, при котором тромб перекрывает кровеносный сосуд, нарушая кровоснабжение участков органов. Одним из подходов в лечении инфаркта миокарда и ишемического инсульта является тромболизис -контролируемое разрушение тромбов под действием лекарств.
Однако у значительного числа пациентов имеется гипергликемия, которая повышает риск осложнений и усложняет проведение терапии. Молекулярные механизмы влияния гипергликемии на сегодняшний день остаются малоизученными, несмотря на большое количество случаев ССЗ на фоне повышения уровня глюкозы в крови.
Целью данного проекта является изучение механизмов влияния гипергликемии на течение и исход сердечно-сосудистых заболеваний, в частности на устойчивость к тромболизису для разработки новых подходов диагностики и терапии.
В ходе исследования предполагается моделирование тромболизиса в условиях гипергликемии, установление структуры активных центров белков, участвующих в данном процессе, для использования в разработке подходов к диагностике, лечению и прогнозированию исходов терапии сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов с гипергликемией
Моделирование тромболизиса под действием тромболитика на омнифобном паттерне. Стрелками отмечен фронт растворения тромба
4. Разработка высокопроизводительных методов культивирования 2D и 3D клеточных культур на платформе с контролируемой смачиваемостью
Культивирование клеток на омнифобном паттерне. (А)-(D) – монослой C2C12, выращенный на паттерне; (Е) – Сфероиды из HPF
Разработка новых лекарственных молекул невозможна без тестирования их свойств на клеточных культурах, поэтому повышение производительности и эффективности тест-систем – важная задача в области биомедицинских исследований.
В нашей лаборатории проводятся исследования, в ходе которых мы стремимся к миниатюризации и автоматизации стандартных цитотоксических тестов, таких как, например, МТТ-тест. Для этого мы используем специально разработанные омнифобные чипы с омнифильными областями, в которых культивируются клетки как в монослое, так и в трехмерном объеме. Уменьшив размер лунки до 2 мм и поместив клетки в каплю, мы можем увеличить количество экспериментальных точек в 8 раз по сравнению со стандартным 96-луночным планшетом.
Данные исследования позволят ускорить тестирования лекарственных препаратов благодаря возможности проводить более сотни in vitro тестов на чипе в рамках одного эксперимента.
5. Разработка скаффолдов из бактериальной целлюлозы для биомедицинского применения
А) – Бактериальная целлюлоза, выращенная на омнифобном паттерне; (В) – Структура бактериальной целлюлозы, выращенной в нормальных условиях; (С) – Структура бактериальной целлюлозы, выращенной в условиях магнитного поля. Фотографии (В) и (С) получены с помощью сканирующего электронного микроскопа
Согласно статистическим данным, чаще всего в мире люди умирают от сердечно-сосудистых заболеваний. Для решения данной проблемы необходимо создание биосовместимых скаффолдов, которые позволят частично или полностью заменить пораженные участки тканей. Идея данного проекта заключается в использовании бактериальной целлюлозы (БЦ) в качестве каркаса для выращивания миокардиальной ткани, персонализированно выращенной из стволовых клеток пациента, и пригодной для дальнейшей трансплантации. Уже сейчас БЦ применяется в медицине в качестве основы для композитных раневых покрытий и является перспективным материалом для реконструктивной хирургии, клеточной и тканевой инженерии благодаря уникальным свойствам.
В нашей лаборатории исследуются способы влияния на микроструктуру синтезируемых бактериями пленок бактериальной целлюлозы за счет изменения условий культивирования. Также ведутся исследования по модификации биопленок БЦ электропроводящими полимерами для обеспечения проводимости на уровне, соответствующем тканям сердца.
Данное исследование направлено на создание скаффолдов мимикрирующих нативные ткани организма. Важнейшей частью данного проекта является культивирование клеток, в частности кардиомиоцитов, на поверхности и в толще получаемых матриц, для чего также необходимо контролировать микроструктуру и механические свойствами биопленок БЦ.
Проект реализуется в рамках государственного задания по созданию новых молодежных лабораторий по направлению "Новая медицина" в лаборатории "Биоактивные материалы для тканевой инженерии"
6. Установление корреляции между микро- и макропараметрами бактериальной целлюлозы для создания биомедицинских материалов
Одним из проектов лаборатории “Биоактивные материалы для тканевой инженерии” является изучение влияния условий синтеза бактериальной целлюлозы на ее микропараметры для создания биомедицинских материалов широкого спектра применения на базе АГНИ при софинансировании ПАО «Татнефть». С помощью искусственного интеллекта предсказываются свойства бактериальной целлюлозы от условий ее культивирования, а также генерируются условия для получения целлюлозы с заданными параметрами. После того, как такие физические свойства синтезированных образцов как размер фибрилл, способность к набуханию и механическая прочность изучены, порошок из бактериальной целлюлозы исследуется на наличие гемостатической и тромботической активности.