ИСТИНА

Данный проект направлен на изучение изменений микрогеологии крови и параметров микроциркуляции, характерных для таких социально значимых заболеваний, как сердечно-сосудистые заболевания, артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца и сахарный диабет, темпы роста которых в настоящее время стремительно увеличиваются. Работа всех органов и тканей человека и животных, включая мозг, сердце, сосуды, кожу и т.д., в значительной степени зависит от микроциркуляции и перфузии крови как в норме, так и при патологии. Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные исследования фундаментальных причин нарушения микроциркуляции и перфузии и вытекающих последствий, проявляющихся в виде дисфункции органов и/или всего организма. Также крайне важно быстрое внедрение приобретаемых знаний в клиническую практику. Для достижения этих целей необходимо использовать наиболее эффективные методы, способные обеспечить наилучшую визуализацию микроциркуляции и перфузии в различных тканях, позволяющие измерять параметры микрореологии крови, которые сильно влияют на микроциркуляцию. В настоящее время наилучшие показатели по скорости, чувствительности и селективности для таких исследований демонстрируют оптические и лазерные методы, которые легко комбинируются с другими методами. Хотя многие из этих измерений проводятся только in vitro, как можно больше измерений должно проводиться in vivo. Оптическая визуализация является наиболее часто используемым подходом для изучения микроциркуляции и перфузии крови. В данном Проекте будет проведено детальное исследование различных способов улучшения качества визуализации микроциркуляции и перфузии, в частности, с помощью оптического просветления биологических тканей. Хотя этот метод, первоначально предложенный российским ученым Валерием Тучиным, широко используется для улучшения глубинной визуализации тканей с сильным рассеянием, до сих пор остается ряд проблем в правильной реализации технологии оптического просветления. В частности, оптические просветляющие агенты (OПA), вводимые в ткань и будучи осмотически активными, могут вызывать такие изменения в тканях и клетках, включая клетки крови, которые могут существенным образом повлиять на параметры кровотока. Данные изменения могут не только повлиять на качество визуализации, но и сделать полученные изображения неадекватными для рассмотрения. Для изучения этой проблемы, которой до сих пор не занимались, мы изучим влияние ОПА на микрореологические параметры крови как in vitro, так и in vivo с использованием лабораторных животных, и там, где это возможно, мы проведем измерения на людях, включая пациентов с социально значимыми заболеваниями, страдающих сильным нарушением микроциркуляции. Особое внимание будет уделено влиянию ОПА на механические и микрореологические свойства эритроцитов, тромбоцитов и эндотелиальных клеток. Эти свойства определяют текучесть крови, ее способность доставлять кислород к терминальным капиллярам, где происходит основной обмен кислорода и других газов с тканями. Будет исследовано влияние ОПА на деформируемость и агрегационные свойства эритроцитов, а также на силы их взаимодействия с другими клетками. Наши эксперименты будут включать измерения влияния ОПА не только на микрореологические параметры крови, но и на адгезию клеток крови к эндотелиальным клеткам в микроканалах. Показатель деформируемости, параметры агрегации, сила и скорость агрегации и дезагрегации эритроцитов, способность тромбоцитов активироваться и другие характеристики будут измеряться оптическими методами дифракции и диффузного рассеяния света, флуоресцентной спектроскопии, а также с помощью оптического пинцета. В рамках предлагаемого проекта будет проведено комплексное исследование фундаментальных биофизических процессов в крови и наполненных кровью тканях как ex vivo (на коже и крови человека и животных), так и in vivo (на пациентах и лабораторных животных). Целью предлагаемого проекта является создание мощного диагностического метода, способного in vivo анализировать капиллярную сеть. Этот метод значительно расширит существующие возможности неинвазивной диагностики сосудов. В результате реализации проекта будет получен ответ на вопрос о возможности безопасного использования ОПА для биомедицинских и тераностических применений путем введения их в кровь. В случае положительного ответа будут даны рекомендации по оптимальным типам и концентрациям ОПА для использования в визуализации.

This project aims to study the alterations of blood microheology and microcirculation parameters characteristic of such socially important diseases as cardiovascular diseases, coronary heart disease, arterial hypertension and diabetes mellitus, which grow rate nowadays is rapidly increasing. Operation of all human and animal organs and tissues including brain, heart, vessels, skin, etc., heavily depends of blood microcirculation and perfusion both in norm and in pathology. Hence, intensive research is being conducted nowadays studying the fundamental causes of their impairment and its consequences manifested by dysfunctioning of the organs and/or the whole organism. Also, rapid implementation of the newly found effects in the clinical practice is of utmost importance. To reach these aims we have to adapt all utmost efficient techniques capable of providing the best possible imaging of microcirculation and perfusion in various tissues, measuring the blood microheology parameters that strongly affect the microcirculation. Nowadays the best performance in terms of speed, sensitivity and selectivity for such research is manifested by optical and laser techniques that are easy to be combined and used in multimodal fashion. Though many of these measurements can be performed only in vitro, as many as possible of the measurements should be conducted in vivo. The most important set of technologies used to study microcirculation and perfusion are based on optical imaging. In this project, a detailed study will be conducted for investigation of various ways of improving the quality of microcirculation and perfusion imaging, in particular by means of optical clearing of biological tissues. Though this method, initially proposed by Russian scientist Valery Tuchin, is widely used for enhancing the in-depth imaging of tissues with strong scattering, there still remains a number of problems in correct implementation of optical clearing technology. In particular, the optical clearing agents (OCA) administered into the tissue to match the refrective indexes of the light scattering particles constituting the tissue, being osmotically active, may induce such changes in these particles including blood cells, that may affect the blood flow parameters. This may not only change the quality of imaging but also make the obtained images inadequate. To study this problem, which has not been tackled so far, we will study the effects of OCA on the microrheologic parameters of blood both in vitro and in vivo using animal models and, wherever possible, measurements on human individuals including patients with socially important diseases suffering from strong impairment of microcirculation. Special attention will be paid to the effect of OCA on the mechanical and micro-rheological properties of the red blood cell, platelets and endothelial cells. These properties determine the fluidity of the blood, its ability to deliver oxygen to the terminal capillaries, where the main exchange of oxygen and other gases with tissues occurs. The effect of OCA on the deformability and aggregation properties of RBCs as well as on the forces of their interaction with other cells will be investigated. Our experiments will include measurements of the effect of OCA not only on microrheologic parameters of blood but also on blood cells adhesion to the endothelial cells in microchannels. The index of deformability, aggregation parameters, strength and speed of aggregation and disaggregation of the RBC, platelets ability to activate their functions and other characteristics will be measured by optical methods of diffraction and diffuse backscattering, fluorescence spectroscopy, and using optical tweezers. A comprehensive study of the fundamental biophysical processes in the blood and blood-perfused tissues will be conducted in the proposed project, both ex vivo (on human and animal skin and blood) and in vivo (on human individuals and laboratory animals). The proposed project is aimed at creating a powerful diagnostic method capable of in vivo analysis of the capillary network. This method will significantly expand the existing opportunities in non-invasive vascular diagnostics. As a result of the project implementation, an answer will be given to the question about the possibility of safe use of OCA for bio-medical and in theranostic applications by administrating them into the blood. In the case of a positive response, recommendations will be given on the optimal types and concentrations of OCA to be used in imaging.

Общим итогом выполнения Проекта будут результаты комплексного исследования фундаментальных биофизических процессов в крови и тканях, перфузируемых кровью, как ex vivo (на образцах кожи и крови человека и животных), так и in vivo (на людях и лабораторных животных), полученные в результате совместной работы российского и китайского коллективов. Будет совместно разработана новая мощная диагностическая технология, сочетающая в себе оптимальный набор комплиментарных методов визуализации и измерения информативных параметров крови и капиллярной сети in vivo и in vitro. Этот метод значительно расширит существующие возможности в неинвазивной сосудистой диагностике социально-значимых заболеваний. В результате реализации проекта будет дан ответ на вопрос о возможности безопасного использования оптических просветляющих агентов (ОПА) в биомедицинских и тераностических целях путем введения их в кровь. В случае положительного ответа будут даны рекомендации по оптимальным типам и концентрациям ОПА, которые будут использоваться при визуализации. Будут предложены новые методы коррекции микрореологических расстройств и параметров микроциркуляции крови, измененных в результате заболеваний.

В состав научного коллектива входят 2 кандидата физико-математических наук, 1 доктор медицинских наук - специалисты в области кардиологии, микрореологии, микроциркуляции и гемостаза. Таким образом, этот междисциплинарный Проект будет реализован группой физиков и медиков МГУ им. М.В. Ломоносова, представленной как ведущими специалистами мирового уровня, так и молодыми учёными, работающими в области биомедицинской фотоники и применения оптических технологий в исследовании живых систем, гемореологии и кардиологии. Это позволяет выполнить проект на высоком мировом научном уровне. Коллектив участников обладает многолетним опытом разработки физических методов диагностики параметров микроциркуляции, гемостаза и микрореологии, а также опытом успешного проведения совместных исследований, анализа и апробации получаемых результатов, в том числе большое число публикаций в высокорейтинговых журналах, пленарных и приглашенных докладов на ведущих тематических российских и международных конференциях. Поскольку Проект будет выполняться российской стороной в тесном контакте и при участии сотрудников Медицинского научно-образовательного центра МГУ имени М.В. Ломоносова, то своевременное обсуждение и экспертиза медицинской компоненты Проекта как в постановочной, так и в результативной его части будет обеспечена. В копилке членов коллектива успешное завершение нескольких научных проектов, поддержанных различными научными фондами в РФ.