ИСТИНА

Создание новых магнитоуправляемых полимерных композиционных матриц для тканевой инженерии. Развитие тканевой инженерии и регенеративной медицины тесно связано с архитектурой и свойствами скаффолдов, которые должны обеспечивать сорбцию, пролиферацию и дифференцировку клеток. Активация тех или иных клеточных процессов может осуществляться как за счет химической структуры скаффолда, так и за счет физического воздействия. Механическая сила играет ключевую роль в регуляции множества процессов в клетках. Одним из перспективных методов создания подобных сил на различных масштабных уровнях (нано-, микро- и макро-) является стрейнтроника. Стрейнтроника - быстро развивающаяся стратегия управления физико-химическими свойствами различных материалов посредством дозируемых нано-/микродеформаций. Проект направлен на приложение и развитие идей стрейнтроники в приложении к регенеративной биомедицине.

The scientific problem studied within the framework of this Project in 2022-2024, aimed at developing new magnetically sensitive biodegradable matrices for tissue engineering a nd regenerative medicine, remains very important and relevant. The cell lines used in our work are a promising model for understanding the mechanisms of initiation of various pr ocesses occurring in degenerative diseases. Having studied the properties of various bio polymer matrices, we showed that such matrices can be promising in tissue engineering, in particular, they can be used to cultivate and modulate the behavior of human mesen chymal stromal (stem) cells (MSCs), and the e􀀮ect of a low-frequency magnetic field (LF MF) can be used to impart target properties to these cells. We also showed the possibilit y of changing PC12 cells (one of the lines we used, exhibiting neuronal characteristics) un der the influence of LFMF. Therefore, some of the promising new tasks that demonstrate the relevance and novelty of the Project 2025-2026 will be related to the study of joint c ultivation (co-cultivation) of MSC and PC12 lines on biopolymer matrices, in particular hy drogels, in order to study the enhancement of PC12 di􀀮erentiation in the presence of MS C. Of particular interest, taking into account our previously obtained results, is the study of the e􀀮ects of LFMP on the levels of MSC secretion of immunomodulatory cytokines I L-6 and TNF-a, as well as VEGF and other bioactive macromolecules. Thus, the studies we propose can contribute both to the fundamental basis for understanding the process es associated with neurodegenerative diseases and injuries, and can be used in the futu re to develop new approaches and new promising drugs for the restoration of nerve cells , including new cellular products, for the treatment of these diseases and injuries. Anoth er part of the new tasks is related to the functionalization of magnetic nanoparticles (M NPs) with various signaling compounds, namely growth factors (NGF, IGF-1, FGF-2), in or der to identify the e􀀮ect on the ensemble of regenerative processes in nervous tissue. Su ch systems have not been described and will be obtained and characterized for the first time. An important new aspect and a new research task in the Project 2025-2026, directly rela ted to the goals of regenerative medicine, is the ligand-specific magnetomechanical e􀀮 ect, which we plan to implement by using biopolymer matrices based on magnetic nano particles coated with immobilized molecules of growth factors under the action of LFMF i n order to see the mechanical e􀀮ect on the membrane of cells (neurons). The technologies developed in this project can find practical application in the develop ment of new e􀀮ective magnetically controlled biomaterials (matrices) used in regenerati ve medicine for the restoration of various types of tissue (muscle, bone, nerve, etc.)

1. Будет проведен синтез и получены характеристики магнитных наночастиц (МНЧ), модифицированных факторами роста IGF-1- и FGF-2. 2. Будет изучена цитотоксичность и биологическая активность биополимерных матриц с включением IGF-1- и FGF-2-модифицированных МНЧ в отношении ряда клеточных линий (L929, A549 и/или BJ-5ta, и МСК). Будут изучено лигандспецифическое магнитомеханическое воздействие IGF-1- и FGF-2-модифицированных МНЧ и биополимерных матриц на их основе на ряде клеточных линий. 3. Будут исследованы условия получения широкопористых магнитоуправляемых матриц на основе хитозана и поливинилового спирта (ПВС) и/или фиброина), содержащих магнитные наночастицы (в том числе конъюгированные с фактором роста (IGF-1 и/ или FGF-2)). 4. Планируется определить пути регулирования пористой структуры матриц на основе биополимеров, содержащих магнитные наночастицы (реализация условий фазового разделения, использование порообразователей) и получить образцы матриц с разной пористой структурой для исследования их физико-механических свойств матриц. 5. Будут наработаны образцы гидрогелевых 3D-матриц, содержащих магнитные частицы, для изучения особенностей дифференцировки мезенхимальных стромальных клеток (МСК) при их культивировании в 3D макропористых матрицах под действием низкочастотного магнитного поля. 6. Будут получены экспериментальные данные о локальных физико-механических параметрах полученных матриц (твердость; модуль Юнга; индекс пластичности; индекс вязкости; параметр, описывающий сопротивление пластической деформации), измеряемых методами наноиндентирования. Будет проведено исследование по выявлению размерных эффектов в твердости матриц при наноиндентировании. 7. Будет проведено экспериментальное исследование частотных и амплитудных зависимостей вязко-упругих свойств пленок, используемых в работе, измеряемых методами, использующими гармоническую составляющую задаваемых механических напряжений (наноиндентирование в режиме CSM). 8. Планируется изучить особенности роста и пролиферации мезенхимальных стромальных (стволовых) клеток (МСК) человека при их длительном культивировании в композитных макропористых 3D матрицах различного состава, содержащих магнитные наночастицы (МНЧ) (Оптическая микроскопия, конфокальная лазерная микроскопия, МТТ-тест и др.) 9. Планируется изучить особенности дифференцировки МСК при их культивировании в 3D макропористых матрицах под действием низкочастотного магнитного поля (НЧМП) (параметры: время воздействия, частота и напряженность магнитного поля). (ИФА, ПЦР в режиме реального времени и др). 10. Будут проведены синтез, характеризация и включение в биополимерные матрицы NGF-модифицированных МНЧ, а также МНЧ, модифицированных комбинацией ФР. Будет проведена физическая и физико-химическая характеризация биополимерных матриц (загрузка, скорость высвобождения, механические свойства материала). 11. Будет проведено изучение цитотоксичности и биологической активности биополимерных матриц с включением NGF-модифицированных МНЧ, а также МНЧ, модифицированных комбинацией ФР, в отношении ряда клеточных линий (L929, A549 и/или BJ-5ta, и МСК). Будет изучено лигандспецифическое магнитомеханическое воздействие NGF-модифицированных МНЧ, а также МНЧ, модифицированных комбинацией ФР, и биополимерных матриц на их основе на ряд клеточных линий. 12. Будет проведено изучение условий получения стабильных широкопористых магнитоуправляемых матриц (в том числе гидрогелевых (пленок или пористых матриц)), содержащих магнитные наночастицы (в том числе конъюгированные с фактором роста NGF). 13. Будут получены образцы матриц с различной пористой структурой для проведения исследований физико-механических свойств. Будет изучена взаимосвязь структуры и состава биополимерных матриц с механическими и вязко-упругими свойствами и способностью матриц изменяться в магнитном поле. 14. Будут наработаны образцы гидрогелевых 3D-матриц, содержащих магнитные частицы, для изучения особенностей совместного культивирования (со-культивирование) МСК и клеток линии PС12 (в том числе под действием низкочастотного магнитногополя). 15. Будет проведено экспериментальное исследование закономерностей ползучести, а также параметров усталости матриц, используемых в работе. Будет проведено сопоставление результатов, полученных в режимах ползучести и гармонических осцилляций. 16. Будет проведено совместное культивирование (со-культивирование) МСК и клеток линии PС12 в различных 3D матрицах, загруженных магнитными наночастицами, в модели in vitro (без поля). Будут изучены особенности поведения клеток (морфология клеток, адгезия, распластывание, рост и пролиферация) при их длительном культивировании (3-7 дней) (оптическая и конфокальная лазерная микроскопия, МТТ-тест и др). 17. Планируется провести со-культивирование МСК и PС12 в различных 3D матрицах, содержащих магнитные наночастицы, под действием магнитного поля, а также изучить влияние магнитного поля на дифференцировку клеток.

Коллектив исполнителей имеет опыт работ в области молекулярного дизайна, синтеза и характеризации наноматериалов на основе полимеров (в том числе, биополимеров), а также магнитных наночастиц (МНЧ), дистанционного управления МНЧ. Исполнители проекта ранее выполняли работы с культурами клеток и клеточными сфероидами, проводили исследования, направленные на изучение биологических эффектов и влияния наночастиц на живые системы различных уровней. В выполнении проекта будут участвовать специалисты в сфере моделирования эффектов магнитного поля на биообъекты, а также специалисты в сфере создания скаффолдов из различных полимерных материалов, в том числе для клеток. Участники проекта имеют публикации, в том числе совместные, в ведущих научных журналах (включая ACS Nano, Scientific Reports, Angewandte Chemie, Colloids and Surfaces, Nanomedicine NBM, Journal of Controlled Release, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Journal of Nanoparticle Research, Биохимия, Российские Нанотехнологии, и др.). Члены научного коллектива обладают высоким научным уровнем (публикации, патенты, разработки) и практическими компетенциями в нескольких взаимодополняющих областях - в химии полимеров/ биополимеров, биохимии, биофизике, физике конденсированного состояния, электронике, инжиниринге.