Проєкти НФДУ

У 2020 році ІМБГ НАН України взяв активну участь в перших конкурсах, проведених Національним фондом досліджень України – Інститут подав 28 проєктів як координатор та співвиконавець.

Так, на конкурс "Наука для безпеки людини та суспільства" співробітниками Інституту було подано 17 проєктів, у 10 з яких Інститут – провідна установа. На конкурс "Підтримка досліджень провідних та молодих учених" було подано 11 проєктів, причому Інститут виступив координатором у 9 з них. Загалом учасниками проєктів, поданих до НФДУ у червні 2020 року, виступили більше 100 наукових співробітників ІМБГ НАН України, серед яких чимала кількість молодих науковців, які були підтримані за результатами наукової експертизи НФДУ, що проводилася з використанням нових підходів і на засадах неупередженості та високого професійного рівня експертів, в тому числі іноземних.

За результатами І-го конкурсу «Наука для безпеки людини та суспільства» (з прохідним балом 83.1 до рейтингового списку увійшли 77 проєктів з 421 оцінених) переможцями стали 6 проєктів ІМБГ НАН України: їхній перелік – за посиланням.

За результатами ІІ-го конкурсу «Підтримка досліджень провідних та молодих учених» (з прохідним балом 87.3 до рейтингового списку увійшли 141 проєкт з 316 оцінених проєктів) переможцями стали 5 проєктів ІМБГ НАН України: їхній перелік – за посиланням.

Представляємо їх всі для ознайомлення нижче:

І Проєкт: "Дослідження терапевтичної ефективності і безпечності нових еквівалентів дерми з включенням композиту (препарат ізатізон та цитокін EMAP II) для лікування травматичних уражень шкіри", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0035.

Науковий керівник проєкту

Лукаш Любов Леонідівна

заступник директора з наукової роботи,
доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 200-03-38, 526-55-97;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: lukash@imbg.org.ua

Цей дворічний проєкт присвячений розробці нових засобів лікування травматичних пошкоджень шкіри, які залишаються однією з найактуальніших проблем клінічної медицини у всьому світі. Згідно з даними ВОЗ, опіки за частотою займають третє місце серед травматичних пошкоджень шкіри. Якщо загальна площина опікової рани перевищує 30-40% поверхні тіла, вона не може бути своєчасно закрита за допомогою фрагментів власної шкіри пацієнта - аутотрансплантації. Для тимчасового закриття поверхні рани і підвищення ефективності загоєння опікових ран використовують штучні замінники шкіри у вигляді гнучких плівок або м’яких мазеподібних покриттів, що включають клітини і різні фармакологічні препарати. Ми працюємо над створенням нового біотехнологічного продукту, ранового покриття, що містить безклітинне середовище (БКС), кондиційоване стовбуровими клітинами оригінальної лінії 4BL і певні фармакологічні препарати.

Передісторія. Проєкт має 15-річну передісторію. Все почалось з нещасного випадка, коли дівчинка Настя Овчар врятувала свою двох-річну сестричку, винесла її з вогнища. Але при цьому платтячко Насті загорілося, і вона отримала страшні опіки. На жаль, їй не могли надати належну медичну допомогу в Україні. Завдяки інформації, почутої від журналістів, вся країна, затаївши подих, спостерігала за розвитком подій. Спеціальним президентським літаком Настю доставили в Бостон, США, і там, в спеціалізованій клініці, їй наростили власну шкіру, зробили аутотрансплантацію і врятували життя. І саме в цей час трьох-річний хлопчик на селі в Україні перевернув на себе відро з кропом і теж отримав тяжкі опіки. Його доставили в Київський центр термічної травми і пластичної хірургії Київської міської лікарні № 2. На той час у хірургів-комбустіологів зовсім не було тимчасових покриттів, якими можна було би закрити опікові рани. До нас звернулися з проханням допомогти врятувати дитину. То був величезний ризик, але ми відважились на нього тому, що мали мезенхімальні стовбурові клітини людини, які мають здатність до диференціювання і регенерації тканин. Ми швидко приготували перші покриття з клітинами, які разом з іншими засобами наносили на ранові поверхні після хірургічного видалення струпів. І це спрацювало. Досить швидко дермальний шар шкіри був готовий до проведення аутотрансплантації маленьких шматочків перфорованої шкіри хлопчика. Поступово всі його рани загоїлись, навіть рубців не лишилось. Потім за спеціальним дозволом для обмеженого контингенту пацієнтів хірурги досліджували вплив дермальних покриттів із стовбуровими клітинами, що були розроблені нами, на загоєння масивних опікових ран у дорослих.

Коротка статистика опікових травм в Україні. Статистика опікового травматизму в Україні свідчить, що спостерігається тенденція до зростання частоти опіків і підвищення ступеня їх тяжкості як серед дітей, так і серед дорослих. Кількість хворих на опікову хворобу, що потребують стаціонарного лікування – більше 50 тис. щорічно. Серед них дітей, молодших за три роки, близько 6 тис. Середня тривалість перебування опікового хворого в стаціонарі становить близько двох тижнів. При тяжких опікових ураженнях, що потребують тривалого і вартісного лікування, перебування пацієнта в стаціонарі може тривати місяць и значно довше. За необхідності проводиться аутотрансплантація власної шкіри пацієнта. Тривалість підготовки ложа опікової рани для відновлення дермального шару шкіри, перед проведенням аутотрансплантації, як правило, становить близько тижня. І при цьому у 20-30 % випадків навіть власна шкіра пацієнта не приживлюється. Для відновлення дерми використовують різноманітні замінники шкіри. Існують комерційні ранові покриття, які містять клітини, частіше за все, диференційовані клітини шкіри: кератиноцити і фібробласти. Однак вони надто дорогі і практично недоступні для пацієнтів України. Наразі еквіваленти шкіри, які задовольняли би всім вимогам клініцистів при лікуванні масивних опіків, ще не створені.

Саме ці обставини спонукали нас до розробки дермальних покриттів нового покоління. Як носії для стовбурових клітин ми використовували натуральні колагенові і синтетичні поліакриламідні мембрани, Мембрани спеціально адаптували для прикріплення, вирощування та перебування на них стовбурових клітин (рис. 1).

Рис. 1.

Життєздатність клітин в таких умовах зберігалась на високому рівні на протязі декількох діб після виготовлення біотехнологічного продукту. Слід відзначити, що ця робота продовжувалась і розвивалась до цього часу завдяки грантам НАН України, за що ми дуже вдячні.

Результати попередніх досліджень. Отже, багато років тому назад в Центрі термічної травми і пластичної хірургії Київської міської лікарні № 2 дермальні покриття з клітинами, розроблені нами, наносили на опікові рани пацієнтів після хірургічного видалення струпа (Рис.2).

Рис. 2.

На дослідних ділянках ранової поверхні вже через 1-2 доби (замість тижня у контролі за відсутності дермальних покриттів) спостерігалось утворення дрібних судин-капілярів і епітелізація. Тимчасові дермальні покриття видаляли, і хірурги проводили аутотрансплантацію перфорованих шматків шкіри пацієнтів (Рис.3).

Рис. 3.

При використанні наших еквівалентів дерми результати були вражаючі, майже вдвічі скорочувались терміни загоєння ран, не було жодного випадку відторгнення трансплантованої шкіри, і всі пацієнти одужали. Хірурги-комбустіологи були задоволені, проте вони сформулювали для нас соціальний заказ – створити такі ж ефективні ранові покриття, як ті, що досліджувались, але без використання чужорідних клітин. При цьому слід враховувати, що надлишкових власних клітин у пацієнтів дуже мало, і вирощувати їх – це надто довгий процес.

І ми придумали, як обійтись без клітин, і при цьому забезпечити таку ж, якщо не більшу, ефективність загоєння опікових ран. Замість живих клітин ми спробували використовувати зразки культуральних середовищ, кондиційованих стовбуровими клітинами при вирощуванні в культурі. При цьому клітини синтезували і виділяли в середовище ростові фактори та інші біологічно активні речовини. На модельних тваринах (миші, щури) було показано, що звільнене від клітин кондиційоване середовище (БКС) виявилось навіть ефективнішим, ніж відповідні клітини оригінальної лінії 4ВL (4 blood line), яка була отримана у відділі генетики людини ІМБГ НАНУ з периферійної крові здорового донору. Спостерігалось пришвидшення загоєння ран і росту шерсті після аплікації гідрогеля з БКС порівняно з контролем (Рис. 4).

Рис. 4.

Отже результати наших попередніх клінічних досліджень на обмеженому контингенті осіб з термічними опіками, а також на модельних тваринах свідчили, що отримані нові дермальні покриття з включенням стовбурових клітин людини є дійсно перспективними для подальшого проведення доклінічних і клінічних випробувань у повному обсязі. Слід відзначити, що в Україні є спеціалісти, комбустіологи, високого рівня кваліфікації. Але в той же час має місце дефіцит ранових покриттів для лікування травматичних уражень шкіри. Це зумовило спрямування даного проєкту на удосконалення розробленої нами нової біотехнології зі створення дермальних покриттів, які б мали покращені експлуатаційні властивості, а саме: виготовлені з природних та недорогих матеріалів, з використанням комплексу біологічно активних речовин клітинного походження і фармакологічних препаратів, ефективних при загоєнні опіків та безпечних для організму. Новий етап досліджень. Тепер дуже коротко розкажу про результати, отримані за перший 2020 рік в рамках проєкту НФДУ. Слід враховувати, що проєкт ще не завершений, і деякі методичні знахідки ми плануємо патентувати. Отже, по-перше, ми отримали і протестували порошки зразків безклітинних кондиційованих середовищ, отримані ліофільною сушкою, які більш економічні у зберіганні і використанні. По-друге, до складу комбінованих дермальних покриттів був введений фармакологічний композит (лікарський препарат ізатізон та рекомбінантний білок EMAP II). Ізатізон має антисептичні, противірусні та імуномодулювальні властивості, а цитокін EMAP II стимулює утворення судин і теж має імуномодулювальні властивості. По- третє, дослідили терапевтичну дію як окремих компонентів, так і комбінованого біотехнологічного продукту при лікуванні опікових ран IIIb ступеню у модельних тварин (миші). Комбінований продукт виявився найефективнішим в цих дослідах: вже на 7 добу спостерігалось утворення судин, васкуляризація (Рис. 5),

Рис. 5.

а через 2 тижня – повне загоєння ран (Рис. 6).

Рис. 6.

Зовсім не спостерігалось випадків інфікування ран і смертності серед тварин.

Висновки і перспективи. Отже, в 2020 році створено нові комбіновані еквіваленти дерми, що поєднують високу терапевтичну ефективність та відносно низьку собівартість для лікування тяжких опікових ран. У 2021 році розпочато досліди з визначення токсикологічних властивостей та безпечності використання нових еквівалентів дерми в рамках доклінічних досліджень на модельних тваринах (миші, щури).

Наступні кроки до впровадження у медичну практику нових еквівалентів дерми: 1) проведення незалежної сертифікації нового біотехнологічного продукту в акредитованій токсикологічній лабораторії для отримання дозволу на клінічні випробування; 2) вироблення і передача нових еквівалентів дерми для проведення клінічних випробувань у медичних закладах, що спеціалізуються на лікуванні опікових ран та інших ускладнених травматичних уражень шкіри. Так, нові еквіваленти дерми призначені для використання у схемах лікування опікових ран різної природи, трофічних виразок та інфікованих ран, а також ускладнених і важко загоювальних уражень шкіри, зокрема, у хворих на цукровий діабет. У процесі проведення досліджень будемо вдосконалювати біотехнологічні дермальні покриття з метою підвищення їх якості і зниження собівартості виробництва для подальшого впровадження у практичну медицину.

Зважаючи на тяжкість масивних опікових ран дермальні еквіваленти мають відповідати цілому ряду вимог, серед яких основними є: терапевтична ефективність, відсутність антигенності і токсичності, непроникність для мікроорганізмів та пригнічення їхньої життєдіяльності, певна вологопоглинальність, біосумісність з клітинними матеріалами, достатня міцність, еластичність, прозорість, зручність у зберігання та використанні. Як показала клінічна практика застосування біотехнологічних ранових покриттів, що містять іммобілізовані клітини людини, призводить до скорочення строків перебування пацієнтів у лікарні, підвищення ефективності аутодермапластики і забезпечення бар’єрної функції.

До суттєвих переваг розроблених нами еквівалентів дерми відноситься їх основний компонент: комплекс біологічно активних речовин, синтезованих стовбуровими клітинами, за такими ознаками: а) доступність вихідного матеріалу тобто наявність у виконавців оригінальної лінії стовбурових клітини, отриманої з периферійної крові дорослого здорового донора, можливість отримання середовища, кондиційованого стовбуровими клітинами in vitro, в необмеженій кількості і відсутність етичних проблем, пов’язаних з використанням самих клітин; б) можливість отримання нових установлених клітинних ліній від донорів та пацієнтів, в) створення банків клітинних матеріалів, що дозволяє скоротити час, необхідний для виготовлення дермальних ранових покриттів порівняно з традиційним підходом, який передбачає отримання аутологічних клітин від самого пацієнта; г) можливість проводити швидке тестування вихідного матеріалу щодо вмісту вірусів, бактеріальної чи грибкової флори; д) можливість отримання ліофілізованих порошків, що містять комплекси біологічно активних речовин клітинного походження.

На сьогодні, ні в Україні, ні у світі немає такої біотехнології, як наша, в основі якої лежить застосування дермальних еквівалентів із включенням комплексу біологічно активних речовин, синтезованих стовбуровими клітинами в культурі, і лікарського препарату ізатізон у комбінації з рекомбінантним білком EMAP II. Всі закордонні еквіваленти шкіри з використанням клітинного компоненту надто вартісні (коштують приблизно 30-120 $ за один квадратний сантиметр поверхні) і не доступні для пацієнтів України. Враховуючи практичну неможливість для більшості наших громадян через фінансову скруту здійснювати лікування за кордоном та сплачувати використання закордонних біотехнологічних продуктів, пропонований проєкт має не лише наукову, але й соціальну значущість. За орієнтовними підрахунками еквіваленти дерми, що пропонуються, можуть коштувати приблизно в 10 разів менше, ніж закордонні аналоги. Очікується, що, завдяки певним властивостям, отримані нами дермальні покриття можуть бути придатними для використання як при лікуванні масивних опіків, так і інших уражень шкіри.