Использование биокомпозитов путем включения наномагнитных частиц в мезенхимальные стволовые клетки, а также биоинженерной конструкции для их адресной доставки в миокард, локальной активации микроокружения ткани сердца и иммобилизации биокомпозитов внешним магнитным полем для лечения сердечно сосудистых заболеваний                       Основные термины и определения   •         Нанотехнология  - в последние годы предложены технологии, реализуемые на уровне атомов, молекул, кристаллов или частиц, размеры которых не превышают 100 нм, для создания новых устройств, фуллеренов, квантовых генераторов, ассемблеров, молекулярных машин, диагностических устройств, лекарственных препаратов и биоматериалов.   •         Ферронаномагнетики (ФНМ) – ферронаномагнитные             наночастицы (магнетит Fe2O3 x FeO)   •         Сердечно сосудистые заболевания                   -  ССЗ •         Острый инфаркт миокарда                                 -  ОИМ •         Хроническая сердечная недостаточность        -  ХСН •         Ишемическая болезнь сердца                            -  ИБС •         Нарушения ритма сердца                                    -  НРС   •         Стволовые клетки - это большой класс недифференцированных клеток, сохраняющих потенциал к развитию в одном или разных направлениях (плюрипотентные, мультипотентные, биопотентные, унипотентных стволовых клеток практически всех типов тканей – мышечной, сердечной, сосудистой, нервной, костной, хрящевой, печеночной и т.д.) вплоть до образования целого организма (тотипотентные СК).

•         Мультипотентные  мезенхимальные стволовые (стромальные) клетки (МСК) взрослого организма и эмбриона были найдены в начале 70-х годов прошлого столетия в лаборатории профессора А.Я. Фриденштейна (Фриденштейн., Лалыкина, 1977).         МСК прогенираторные клетки не являются однородными. Условно среди них можно выделить СК способных дифференцироваться в:             а) кардиомиоциты, скелетные миоциты, гладкомышечные миоциты;             б) остеоциты, хондроциты и адипоциты;             в) астроциты, нейральные элементы;             г) эндотелиоидные клетки, перициты;                 д) другие направления. •         Биокомпозит – комбинированный материал состоящих из биоорганических (мезенхимальные стволовые клетки) и неорганических (наночастицы магнетита) компонентов. Предложенный нами биокомпозит, состоит из аутологичных мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток, в состав которых включены наночастицы магнетита (Fe2O3, FeO) в биореакторе с измененным в направлении кардиомиогенеза фенотипом.

•         Биоинженерия – раздел медицинского материаловедения и медицинского приборостроения, охватывающий клеточные технологии, конструирование новых материалов, аппаратов, устройств и биоинформационных систем.

Цель проекта

         Разработка культуральной технологии и биореактора для включения ферромагнтных наночастиц (магнетит Fe2O3 х FeO) в мезенхимальные стволовые клетки для лечения  острого инфаркта миокарда, хронической сердечной недостаточности и НРС.

 Необходимо выполнение следующих условий:

        1. Использование аутологичных клеток костного

            мозга (КМ)        (своих собственных)

        2. Мультипотентные МСК

               (Мезенхимальные стволовые клетки КМ)

        3. Адресная доставка (участие в Гранте ФА по

               науке и инновациям, руководитель В.А.Ткачук)

              (Использование системы ЭЛКАРТ и управляемого, полого

                  внутри катетера)

         4. Активация микроокружения  (Патент)

                (точечное РЧ воздействие с помощью системы Элкарт)

        5. Использование культуральной технологии

                и биореактора для включения ФНМ

                (Fe2O3xFeO)  в МСК с использованием 

                наружного магнита для иммобилизации

                МСК в миокарде и др. органах.

                (Патент)

Продукция:   •           Разработка технологии, приборов и методических рекомендаций для утверждения в минздравсоцразвития РФ по лечению ОИМ, ХСН и НРС путем включения ферромагнтных наночастиц в мезенхимальные стволовые клетки человека с помощью биореактора и активации микроокружения миокарда.   •           Создание оригинальных технологий и аппаратов для адресной доставки стволовых клеток с помощью 3D системы на основе усовершенствованного аппарата «Элкарт - Навигатор»,  управляемых катетеров  полых внутри  для инъекции МСК  в миокард для утверждения в минздравсоцразвития РФ.   •          Разработка устройства для создания внешнего магнитного поля над сердцем пациента для иммобилизации биокомпозитов на основе МСК и ФНМ.     •            Написание учебной программы и рекомендации с курсом лекций и практических занятий по обучения специалистов новым методам по работе со стволовых клеткам, биоинженерии, нанотехнологии, с применением усовершенствованного аппарата «Элкарт-Навигатор» для лечения ССЗ.

          Конкурентные преимущества:

        В России и за рубежом работы по изучению возможности использования МСК в кардиологической практике путем применения комплексного подхода, включающего: нагружение их за счет пиноцитоза и микрофагоцитоза  ФНМ с использованием адресного введения стволовых клеток, активации микроокружения миокарда и использования внешнего магнитного поля в таком объеме как осуществляются в г. Томске для лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы не ведутся.

Современное состояние проблемы в мире           В мире имеются единичные опыты по использованию магнитных наночастиц в сочетании со стволовыми клетками.           По имеющейся в нашем распоряжении информации (статьи, книги, материалы конференций, съездов, симпозиумов и в патентах) мы не нашли аналога технологии безопасного включения  в структуру МСК наноферретиков без изменения их клоногенных и морфофункциональных свойств.          Имеется аналог Electro anatomical analysis NOGA, CARTO system Biosense Vebster (США)               Работы производились, как правило, на доклиническом уровне в Европейских странах и США (около 20-ти центров). Результаты опубликованы.          Так как работы проводилась на недостаточном уровне с точки зрения подготовки клеточного материала, фактически работали с мононуклеарами неясного происхождения, работы пока достоверных результатов не дали.            Наши преимущества:    По сравнению с хирургическими методами лечения сердечно-сосудистых заболеваний снизится стоимость лечения, сроки нахождения пациентов в клинике, улучшится качества лечения ССЗ и качество жизни больных, уменьшится инвалидизация населения.   Биотехнологии – недалекое будущее современной медицины     Обзор целевых рынков.   Общая ситуация в отрасли:         Фундаментальные и прикладные исследовании по изучению и использованию мезенхимальных стволовых клеток  в кардиологии осуществляются в РФ в г. Москве: -   Институт клинической кардиологии; -  Научно-исследовательский Институт экспериментальной кардиологии Кардиологического научного центра; -   Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева А.Н.; -   Институт трансплантологии и искусственных органов; -   Институт биологической медицины; Институт Стволовых Клеток Человека, -   в  Санкт-Петербурге ФГУ «Федеральный центр сердца, крови и эндокринологии им. В.А.Алмазова» -   в  Казани, -          в  Екатеринбурге (Екатеринбургский Кардиологический Научно-практический Центр), -          в Новосибирске (НИИ патологии кровообращения им. Е.Н.Мешалкина; НИИ клинической иммунологии СО РАМН), -  в Томске (НИИ кардиологии СО РАМН).  -  в Европе, КНР и США.   Команда проекта            Предприятие ЭЛЕКТРОПУЛЬС более 20-ти лет занимается разработкой производством, сертификацией и продажей оборудования для диагностики и лечения нарушений ритма сердца. В 1990 году специалисты предприятия создали первый в СССР и один из первых в Европе радиочастотный деструктор (аблятор) для эндокардиального лечения аритмий сердца. В данном проекте аблятор будет использоваться для активации микроокружения миокарда.            В 1995 году создан первый вариант системы ЭЛКАРТ  для проведения ЭФИ сердца с целью выявления очагов отвечающих за нарушения ритма сердца. В 2008 году последняя модификация ЭЛКАРТ2 дополнена системой навигации, или визуализации внутренних полостей сердца (3D изображение). На фоне динамической регистрации прохождения волны возбуждения в анатомическом объеме желудочка наблюдаются неактивные постинфарктные зоны. С точностью до миллиметра можно локализовать очаг поражения и осуществлять эндокардиальную (внутрисердечную) адресную доставку нагруженных наноферретиками МСК через катетер. Все манипуляции по построению внутрисердечного изображения осуществляются также малоинвазивно, через катетеры.

Команда проекта:

•          ФГУ НИИ ПК Росздрава. Формирование и организация регистрации медицинской технологии, координация и представление деятельности консорциума в органах государственной власти

•           Учреждение Российской академии  медицинских наук Научно-исследовательский институт кардиологии, Томск. Проведение доклинических и клинических испытаний по изучению безопасности и эффективности технологии при широком спектре заболеваний.

•           Учреждение Российской академии  медицинских наук Научно-исследовательский институт онкологии, Томск. Проведение доклинических и клинических испытаний по изучению безопасности и эффективности технологии при широком спектре заболеваний.

•           Учреждение Российской академии  медицинских наук Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии Сибирского Отделения  РАН, Новосибирск, разработка технологии забора, культивирования, хранения и обогощения мезенхимальных СКК, разработка соответствующих технических условий. Проведение доклинических и клинических испытаний по изучению безопасности и эффективности технологии при широком спектре заболеваний.

•           Учреждение Российской академии наук Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского Отделения Российской Академии Наук, Новосибирск. Проведение доклинических испытаний по изучению безопасности и эффективности технологии при широком спектре заболеваний.

•           Томский политехнический институт, Томск. Разработка соответствующих технических условий  для обогощения мезенхимальных СКК НФ.