Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологий оптической томографии и выпуск опытных партий приборов для диагностики биологических тканей

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2009, 30 мес.
Бюджетные средства
194,78 млн
Внебюджетные средства
85,72 млн

Внедрение методов оптической томографии, позволяющих неинвазивным образом получать изображения биологических объектов на тканевом и клеточном уровнях, и создание приборов, способных успешно конкурировать на рынке биомедицинской техники в качестве эффективных и доступных инструментов визуализации для диагностики и контроля лечения онкологических и других заболеваний, а также разработки новых фармакологических препаратов

Соисполнители

Этапы проекта

1
27.04.2007 - 15.07.2007
Разработана техническая концепция создания и использования устройств кроссполяризационной оптической когерентной томографии (КП ОКТ) биотканей. Обоснован поляризационный метод КП ОКТ с оптической схемой на одномодовом изотропном волокне. Разработаны компьютерные алгоритмы, позволяющие адаптировать данные, полученные методом КП ОКТ. На основе этих алгоритмов создана компьютерная программа PolarView. Разработан пакет конструкторской документации БИГЮ.941239.004.01.00.00.000А базового блока оптического когерентного томографа для создания на его основе поляризационного варианта оптического когерентного томографа.
Разработана компьютерная программа трехмерной реконструкции концентрации флуорофора для диффузионной флуоресцентной томографии (ДФТ), основанная на методе Качмажа.
Созданы экспериментальные установки для реализации разрабатываемых технологий КП ОКТ, оптической диффузионной томографии (ОДТ) и ДФТ.
Проведена оптимизация методики получения трансфицированных клеточных линий, экспрессирующих флуоресцирующие белки, что позволяет использовать их для экспериментов in vivo. Показано, что основными методами для стандартизации флуоресценции опухолевых клеток, экспрессирующих флуоресцирующие белки, должны быть проточная цитометрия, спектрофлуориметрия и флуоресцентная микроскопия.
Проведено экспериментальное сравнение перфузионного и иммерсионного способов фиксации ткани мозга для подготовки тканей для компьютерной оптической проекционной томографии (КОПТ) и установлено преимущество техники иммерсии. Разработана и апробирована методика стандартизованного сбора и хранения биологических тканей и получения из целого мозга образцов для проведения КОПТ. Разработаны алгоритмы автоматизации сбора и обработки первичных гистологических изображений высокого разрешения для флуоресцентно меченых срезов мозга. Сравнительное тестирование разработанных алгоритмов выявило их высокую эффективность и возможность использования в разрабатываемой технологии КОПТ.
Разработано медицинское задание, содержащее основные требования, предъявляемые к ОКТ-зонду для эндоскопической когерентной томографии, установкам для проведения исследований методами ОКТ, КП ОКТ и ОДТ в клинической практике.
Для сравнения уровней развития технологий оптической томографии в России и зарубежом проведен анализ научно-технической отечественной и зарубежной литературы, в том числе анализ вторичной информации, и проведены интервью с экспертами.
Развернуть
2
16.07.2007 - 07.12.2007
В рамках проекта осуществляется развитие четырех основных технологий оптической томографии биотканей, включая оптическую когерентную томографию (ОКТ), оптическую диффузионную томографию (ОДТ), диффузионную флуоресцентную томографию (ДФТ) и оптическую проекционную томографию (ОПТ).
По направлению ОКТ собраны пять модернизированных базовых блоков "ОКТ-1300У", позволяющие реализовать на практике метод кроссполяризационной оптической когерентной томографии (КП ОКТ). Новая модель устройства позволяет получать изображения внутренней структуры биоткани не только в исходной, но и в ортогональной к исходной поляризациях. Модернизации предшествовало исследование и экспериментальная апробация основного принципа метода КП ОКТ на лабораторной установке. С использованием средств современной микрооптики, основанной на материалах с градиентным профилем показателя преломления, разработан миниатюрный пункционный зонд для КП ОКТ. Наличие такого зонда позволит, в том числе, сочетать процесс локального воздействия на биоткани (например, с помощью лазерного излучения) с неинвазивной диагностикой in situ.
По направлениям ОДТ и ДФТ на основе сравнительного анализа и лабораторного моделирования выбраны оптимальные геометрии сканирования, длины волн, приемники и источники излучения, разработаны эскизы деталей и узлов установок, разработаны и программно реализованы алгоритмы реконструкции изображений. Создан опытный образец ДФТ-установки с охлаждаемой камерой Hamamatsu в качестве детектирующей системы и системой автоматической смены фильтров. Проведены технические испытания ДФТ-установки и получен сертификат соответствия № РОСС RU.АЯ74.С00248. Установка ДФТ-3 передана в ИНБИ РАН для проведения совместных экспериментов в рамках данного проекта. Проведены первые in vivo эксперименты на иммунодефицитных мышах с использованием данной установки.
По направлению ОПТ разработан оригинальный модульный дизайн установки, состоящей из трех модулей (модуль формирования плоского лазерного луча, модуль оптического масштабирования изображения, модуль автоматического позиционирования образца) и обеспечивающий работу на длинах волн в диапазоне 488-633 нм, пространственное разрешение не хуже 5-15 мкм, получение виртуальных томографических и проекционных изображений просветленных образцов биотканей на суммарную глубину до 1,5 см. Составлен и экспериментально опробован базовый протокол для иммуногистохимической детекции контрастирующих агентов в объемных образцах биологичесокой ткани. Разработан протокол оптического просветления тканей мозга животных, позволяющий просветлять образцы размером 1,5-2 см. Создан алгоритм автоматизации обработки и хранения первичных гистологических изображений, отвечающий требованиям компьютерной оптической проекционной томографии.
С целью создания и применения в биологическом эксперименте новых контрастирующих агентов для оптической томографии отработаны методики стандартизации флуоресценции клеток, экспрессирующих красные флуоресцирующие белки с использованием флуоресцентной проточной цитометрии, флуоресцентной спектроскопии и методика определения копийности плазмиды в трансфицированных опухолевых клетках, основанная на использовании количественного ПЦР. Разрабатываются стандартизованные протоколы детекции цветных флуоресцирующих белков в мышах линии Nu/Nu методом диффузионной флуоресцентной томографии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что клетки, экспрессирующие красный флуоресцирующий белок, in vivo сохраняют как способность образовывать опухоль, так и способность в течение длительного времени экспрессировать красный флуоресцирующий белок в количестве, достаточном для регистрации флуоресценции на приборе ДФТ-3.
Проведены испытания нового класса контрастирующих агентов для оптической когерентной томографии на основе наночастиц, включая золотые наночастицы различной формы, золотые нанооболочки, крупнокристаллический и мелкокристаллический наноразмерный оксид титана. Установлено, что наибольшим контрастирующим эффектом для используемой технологии ОКТ обладают нанооболочки при наличии поверхностного плазмонного резонанса.
С целью последующей коммерциализации разрабатываемых технологий произведен патентный поиск и маркетинговые исследования по основным направлениям оптической томографии. В ходе маркетинговых исследований сделан анализ текущей ситуации по разрабатываемым технологиям с оцекой внутренней и внешней маркетинговой среды: дано подробное описание отрасли и места новых технологий среди существующих, товаров и товарных групп, базового рынка и его тенденций; определены объем, сегменты и потенциал рынка с изучением потенциальнго потребителя и конкурентов. Полученные результаты позволили определить стратегические направления развития технологий и разработать стратегию маркетингового комплекса с решениями по продукту, по ценовой политике, по политике сбыта и продвижения.
Для внедрения новых технологий визуализации в медицинскую практику на основании регуляторных документов Минздравсоцразвития РФ (приказы, методические рекомендации и т.д.) подготовлено медицинское задание на разработку ОКТ (эндоскопическая, поляризационная, скоростная) и ОДТ технологий. Подготовлена материально-техническая база (помещение, персонал, часть оборудования) для экспериментальных, доклинических и клинических исследований по разрабатываемым технологиям.
Развернуть
3
01.01.2008 - 31.07.2008
Проведено тестирование установки КП ОКТ.
Проведена первичная апробация новых видов ОКТ-зондов.
Создан опытный ОДТ образец с охлаждаемой камерой Hamamatsu в качестве детектирующей системы. Проведено тестирование ОДТ-установки в эксперименте и доклинических условиях. Получен сертификат безопасности установки и протокол Этического комитета на проведение клинических исследований с использованием метода ОДТ.
Проведена работа по усовершенствованию ДФТ-установким для реализации временного разрешения. Существенно усовершенствован метод реконструкции распределения флуорофора, разработанный на предыдущем этапе проекта, разработана теоретическая модель, обеспечивающая более высокую точность по сравнению с использовавшейся ранее. Методы реализованы в виде единого программного комплекса и апробированы на модельных экспериментах. Проведены эксперименты на интактных животных post mortem с различными классами флуорофоров, показана принципиальная возможность ДФТ для глубинного флуоресцентного биоимиджинга глубоко расположенных флуоресцирующих опухолей.
Для изучения и оптимизации индуктивно-резонансного переноса энергии in vitro созданы генетические конструкции, кодирующие красный флуоресцирующий белок DsRes2. На основе экспрессирующихся в клетках человека векторов сконструированы плазмиды, содержащие гены красных флуоресцирующих белков TagRFP и KFP. Полученные генетические конструкции позволяют проводить оценку уровня активности каспазы in vivo методом индуктивно-резонансного переноса энергии. При помощи ДФТ удалось зарегистрировать у мыши флуоресцирующую опухоль размером 12,8*11,6*4,8 мм с регистрацией неоваскуляризации. Результат верифицирован при гистологическом исследовании.
Разработан блок формирования плоского луча для КОПТ. Созданы и автоматизированы алгоритмы ввода изображений биологических тканей в КОПТ-установку, произведено их экспериментальное тестирование. Разработаны и экспериментально апробированы алгоритмы редукции изображений биологических тканей в КОПТ-установке, позволяющие существенно повысить скорость работы с готовыми данными за счёт снижения их объёма без потери информации о молекулярных контрастирующих маркерах.
В целях коммерциализации разрабатываемых технологий продолжались маркетинговые исследования и подготовка материалов для бизнеспланирования: показаны современные тенденции рынка методов медицинской визуализации, разработана маркетинговая стратегия предварительного бизнес-плана.
Развернуть
4
01.08.2008 - 31.12.2008
Изготовлены пять базовых блоков на основе модели «ОКТ-1300У», созданы 5 установок "ОКТ-эндоскоп" с настройкой оптической схемы под новые зонды. Выполнена приборная реализация сменных миниатюрных волоконно-оптических эндоскопических зондов с уменьшением габаритов жесткой части (диаметр с 2,7 до 2,4 мм, и длина с 21 до 13 мм). Проведена первичная клиническая апробация КП ОКТ установки.
Завершено создание ОДТ-установки на основе высокочувствительной камеры. Проведена первичная апробация образца в клинических условиях.
Проведена модернизация оптической и электрической частей ДФТ установки и программы сбора данных. Реализована возможность наблюдения флуоресценции в отраженном свете, что позволяет в реальном времени оценить область флуоресценции для последующего томографического сканирования. Модернизация алгоритма реконструкции изображений позволила получить результаты трехмерного восстановления в модельном эксперименте. В части разработки контрастирующих агентов для ДФТ сконструированы плазмиды, содержащие гены красных флуоресцирующих белков TagRFP и KFP, которые позволяют проводить оценку уровня активности каспазы 3 in vivo методом индуктивно-резонансного переноса энергии. Выделен рекомбинантный белок со спектром поглощения в видимой области. Установлено, что в целевом белке происходит процесс индуктивно-резонансного переноса. Проведена апробация ДФТ-установки на лабораторных животных in vivo с использованием флуоресцентных маркеров различной природы.
Создан экспериментальный макет КОПТ установки. Проведено тестирование на образцах тканей и органов лабораторных животных, а также клиническом биопсийном материале. Проведена апробация методики тканевой детекции флуоресцентных контрастирующих зондов.
Разработана конструкторская (ОДТ и ДФТ) и эксплуатационная (ОКТ, ОДТ и ДФТ) документация, проведены патентные и маркетинговые исследования.
Развернуть
5
01.01.2009 - 30.06.2009
Разработан макет скоростного ОКТ на базе"ОКТ-1300У". Разработаны две методики (одномоментное и динамическое) контрастирования структур кожи для исследования методом ОКТ. Создана серия из трех опытных образцов ОДТ-установок. Проведена оптимизация ДФТ-установки и модернизация программы автоматизации ДФТ-установки. Разработаны и опробованы интерактивная и автоматическая системы регистрации экспериментальных томограмм в анатомический атлас мозга. Разработана система, позволяющая выявлять на объемных образцах мозга области и структуры головного мозга, активность которых связана с выполнением определенного поведенческого акта или с другими факторами. Разработан способ статистического анализа трехмерных изображений мозга.
Развернуть
6
01.07.2009 - 31.10.2009
Проведена корректировка конструкторской документации по результатам приемочных испытаний с присвоением РКД на ОКТ, ОДТ и ДФТ литеры О1.Изготовлено 5-ть базовых блоков на основе модели "ОКТ-1300У" и разработанного опто-электрического блока (конструкторская документация на "Блок оптоэлектрический" БМКП.941239.005.00.00.00.000-01) для скоростных ОКТ-установок, выполняющих ОКТ-сканирование с частотой 8 кадров в секунду. Проведено тестирование скоростных ОКТ, КП ОКТ и "ОКТ-эндоскоп" с использованием новых видов зондов в эксперименте и их клиническая апробация. Разработаны методики применения ОКТ в конкретных областях клинической медицины. Статистический анализ клинических результатов по ОКТ.Создана серия из трех опытных образцов ОДТ-установок. Чувствительность ОДТ-установок с охлаждаемой камерой позволяет детектировать опухоли молочной железы с пространственным разрешением до 5 мм, время реконструкции изображений не более 10 минут. Проведена клиническая апробация установок. Результаты показали, что чувствительность установки достаточна для диагностики опухоли молочной железы при толщине тканей до 10 см. Использование в установке различных длин волн позволяет определять компонентный состав тканей, что важно для прогноза заболевания в плане чувствительности к химиолучевой терапии. Проведен статистический анализ диагностической эффективности метода ОДТ. Разработана и апробирована в биологическом эксперименте (изучение активации ферментов играющих ключевую роль в процессах метастазирования) ДФТ-установка с реализацией временного подхода. Продемонстрирована возможность оценки времени релаксации флуорофора, составляющего 3-5 нс, показана принципиальная возможность регистрации индуктивно-резонансного переноса энергии.Проведена корректировка конструкторской документации по результатам приемочных испытаний с присвоением РКД на КОПТ литеры О1. Проведена корректировка ЭД для КОПТ по результатам приемочных испытаний. апробация технологии КОПТ в доклинической оценке эффектов нейрофармакологических соединений на экспрессию генов в нервной системе. Подготовлен проект бизнес-плана. Показано, что инвестирование средств в проект коммерциализации технологии ОКТ является перспективным и эффективным вложением как с экономической, так и социальной точки зрения. Реализация проекта позволит не только существенно повысить качество медицинского обслуживания, выявляемость онкологических заболеваний на ранних стадиях и снизить смертность пациентов, но и уменьшить прямые затраты за счет сокращения количества биопсий, рецидивов после операций и связанных с этим расходов.Разработаны "Программы и методики приемочных испытаний технологии оптической когерентной томографии", «Программы и методики приемочных испытаний технологии оптической диффузионной томографии», "Программы и методики приемочных испытаний технологии диффузионной флуоресцентной томографии" и "Программы и методики приемочных испытаний технологии компьютерной оптической проекционной томографии". Проведены Государственные приемочные испытания.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

2.2 Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области наук о жизни
Продолжительность работ
2008 - 2010, 24 мес.
Бюджетные средства
75 млн
Организация
ООО "РТИ"
профинансировано
Тема
Разработка технологий оптической томографии и выпуск опытных партий приборов для диагностики биологических тканей
Продолжительность работ
2007 - 2009, 30 мес.
Бюджетные средства
200 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологий и выпуск опытных партий синтетических препаратов, обладающих избирательным действием на генетический аппарат, для лечения заболеваний вирусной и опухолевой природы
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
110 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка и создание сверхпроводящих магниторезонансных томографов нового поколения для травматологической диагностики.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 25 мес.
Бюджетные средства
75 млн
Количество заявок
1
Тема
Доклинические исследования инновационного радиофармацевтического препарата, на основе аминокислоты, меченной 18F, для дифференциальной диагностики онкологических заболеваний методом позитронной эмиссионной томографии
Продолжительность работ
2013 - 2015, 27 мес.
Бюджетные средства
33 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка биосовместимых кремниевых материалов на основе наночастиц для диагностики и лечения онкологических заболеваний с участием научных организаций Южной Кореи.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 16 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Количество заявок
1