Физические свойства биоактивных систем с магнитными наночастицами

Проект: Проект-Грант

Сведения о проекте

Описание

Тромбирование кровеносных сосудов, разрушение и некротизация тканей организма являются очень распространенными и трудно излечимыми заболеваниями, часто приводящими к летальным исходам. Лечение этих заболеваний, как правило, требует больших финансовых затрат и длительного времени, в том числе, требуемого для восстановления организма пациента. Проблема обостряется общим повышением возраста населения и, обусловленным этим, увеличением числа заболеваний тканей и кровеносной системы жителей развитых стран, в том числе, России. При необходимости трансплантации, использование тканей пациента оказывается не всегда возможным; запасы донорских тканей, как правило, весьма ограничены. Поэтому важной и актуальной является задача развития новых, в том числе физических, методов повышения эффективности лечения этих заболеваний, разработка и исследование новых методов адресной доставки лекарств, а также новых материалов для биоинженерии, регенерации и трансплантации тканей организма с целью восстановления поврежденных или даже некротизированных участков ткани.
Первым направлением проекта является исследование фундаментальных физических особенностей нового метода адресной доставки лекарств к тромбированным участкам кровеносных сосудов, развиваемом в ряде научных центров мира для лечения тромбозов и инсультов. Этот метод состоит во внедрении в кровеносные сосуды тромборазрушающего лекарства вместе с феррожидкостью, содержащей биологически интактные магнитные наночастицы. Под действием переменного магнитного поля частицы и их агрегаты приводятся во вращательное движение, которое индуцирует микро- и мезоскопические циркулярные потоки несущей жидкости (крови). Эти потоки намного интенсифицируют транспорт лекарства в тромбированных сосудах по сравнению с диффузионным транспортом, что создает возможности более быстрого и эффективного лечения сосудистых заболеваний, уменьшения рисков летальных исходов при инсультах и тромбозах. При реализации проекта экспериментально и теоретически будут исследованы фундаментальные особенности динамики и агрегирования магнитных наночастиц в осциллирующих и вращающихся магнитных полях; магнитного и гидродинамического взаимодействия вращающихся частиц и агрегатов; генерации ими разномасштабных циркуляционных течений несущей жидкости в сосудах, размеры и геометрия которых имитируют таковые для кровеносных сосудов.
Второе направление проекта состоит в синтезе и исследовании новых материалов для инженерии и регенерации биологических тканей. Одним из активно развиваемых направлений в этой области является использование биосовместимых гелевых матриц (скаффолдов) для роста и инженерии клеточных структур и биологических тканей. Это обусловлено тем, что в таких матрицах темп размножения клеток и роста тканей оказывается существенно выше, чем в их отсутствии; скаффолды задают необходимое направление роста, а также внутреннюю архитектуру растущей ткани; служат для нее защитой от внешних воздействий. При этой технологии биосовместимая матрица имплантируется в область, где необходимо осуществить регенерацию ткани, и фиксируется там; клетки здоровой ткани растут через матрицу, восстанавливая, тем самым, целостность и функциональность всей ткани. Использование матриц роста позволяет в разы сократить стоимость и время лечения пациентов, а также риски послеоперационных осложнений. В клинической медицине биосовместимые гелевые импланты уже используются для лечения парадонтозов, при деградации и разрушении хрящевых тканей, переломах костей черепа и опорно-двигательной системы, в кардиологии. С точки зрения регенеративной медицины и биоинженерии тканей, биосовместимые гидрогели (гели на водной основе) являются одним из самых перспективных материалов.
Использование магнитных гидрогелей в качестве матриц регенерации биологических тканей имеет ряд принципиальных преимуществ перед их немагнитными аналогами. Эти преимущества подробно обсуждаются в основной части заявки. Второй из главных задач проекта является синтез новых типов биологических магнитных гидрогелей для целей инженерии и регенерации биологических тканей, исследование фундаментальных особенностей внутренней архитектуры этих материалов, их физических свойств, поведения а также возможностей управления ими при помощи внешнего магнитного поля.
Конечной целью проекта является создание фундаментальной научной основы применения магнитных наночастиц для развития новых технологий, адресной доставки лекарств к местам тромбирования кровеносных сосудов, а также для инженерии и регенерации биологических тканей.
Оба направления проекта имеют дело с исследованием свойств и поведения ансамблей магнитных наночастиц в биологических жидких и мягких средах. Поэтому, с точки зрения фундаментальных исследований, они взаимно дополняют друг друга. Результаты, полученные при исследовании наночастиц в жидких средах, будут способствовать прогрессу при изучении поведения этих частиц в мягких гидрогелях, и наоборот.
СтатусАктивный
Действительная дата начала/окончания27/05/202031/12/2022

ГРНТИ

  • 29.17.31 Жидкости полимерные и биополимерные

Площадка НИЧ УрФУ, где ведется данный грант (НИЧ Куйбышева, НИЧ Мира)

  • НИЧ Куйбышева

Тип источника финансирования (РФФИ, РНФ, Х/Д, Гранты и т.д.)

  • РНФ