Группа биомедицинских материалов

Группа разрабатывает и изучает различные биодеградируемые  материалы  (скаффолды) на основе природных и синтетических полимеров для тканевой инженерии и регенеративной медицины При этом такие биоматериалы  представлены в различных формах, в частности в виде пленок, нано- и микроволокон, гидрогелей, микрочастиц (микроносителей для роста клеток)  Для изучения цитотоксичности и других важных свойств полученных матриксов в модели  in vitro используются   различные культуры клеток (фибробласты, остеобласты, стволовые мезенхимальные  клетки и др). Кроме того, в группе  разрабатываются как различные  системы доставки противоопухолевых лекарств (наночастицы, мицеллы, липосомы, полиэлектролитные наноконтейнеры  и др), так и новые 3D  in vitro модели на основе мультиклеточных опухолевых сфероидов для тестирования этих систем.  Такие 3D  in vitro модели перспективны для исследования механизмов действия противораковой терапии (химиотерапия, фотодинамическая терапия и др) и скрининга новых лекарств,  а также средств их доставки  непосредственно перед клиническими испытаниями. Их использование позволяет  удешевить клинические испытания   и минимизировать  количество животных, необходимых  для этих тестов.  

Группа сотрудничает с  различными лабораториями ИБХ, а также с Национальным политехническим институтом Лотарингии (Нанси, Франция), Центром биоматериалов Льежского университета (Льеж, Бельгия), Страсбургским университетом (Страсбург, Франция), Институтом  Oniris (Нант, Франция), Королевским университетом (Кингстон, Канада) и др.

Группа основана как независимое подразделение в 2017 г., выделившись из Лаборатории полимеров для биологии.

Группа занимается разработкой биодеградируемых матриксов (микроносители, волокна, гидрогели, пленки) для регенеративной медицины (рис. 1.), систем доставки противоопухолевых лекарств (рис. 2), различных 3D-моделей in vitro на основе мультиклеточных опухолевых сфероидов (опухолевые сфероиды в микрокапсулах (рис. 3), на основе сфероидов, полученных из монослойной культуры клеток с помощью  RGD- пептидов (рис. 4), сфероидов из опухолевых  и нормальных клеток, полученных с помощью RGD-пептидов (рис. 5)).

ris6.jpg

Рис.1. Рост мышиных фибробластов L929 на биодеградируемых полилактидных микроносителях (A), микроволокнах (B), в макропористых гидрогелях из хитозана и гиалуроновой кислоты (С), а также мезенхимальных стволовых клеток человека на хитозановых пленках, обработанных низкотемпературной плазмой в разряде постоянного тока (D). Клетки окрашены витальным красителем Сalcein AM (зеленый цвет), а структура матриксов визуализирована с помощью красителя DAPI (синий цвет). СЭМ (A,B) и конфокальная лазерная микроскопия (С,D).

ris6.jpg

Рис. 2 Полисахаридные микроконтейнеры для доставки противораковых лекарств и их накопление в клетках M-3 (мышиная меланома) в 2D (монослойная культура) и в 3D (сфероиды) моделях.

 

ris6.jpg

Рис.3. Опухолевые сфероиды из клеток рака молочной железы человека MCF-7, полученные культивированием в биосовместимых альгинат-хитозановых микрокапсулах.

 

ris6.jpg

Рис. 4. Получение опухолевых сфероидов с помощью самопроизвольной агрегации клеток, индуцированной добавлением RGD-пептидов непосредственно к монослойным клеточным культурам.

 

ris6.jpg

Рис.5. Два подхода для получения сфероидов из раковых и нормальных клеток c помощью RGD- пептидов.

Избранные публикации

  1. Sazhnev NA, Drozdova MG, Rodionov IA, Kildeeva NR, Balabanova TV, Markvicheva EA, Lozinsky VI (2018). Preparation of Chitosan Cryostructurates with Controlled Porous Morphology and Their Use as 3D-Scaffolds for the Cultivation of Animal Cells. APPL BIOCHEM MICRO+ 54 (5), 459–467
  2. Li X, Sambi M, Decarlo A, Burov SV, Akasov R, Markvicheva E, Malardier-Jugroot C, Szewczuk MR (2018). Functionalized folic acid-conjugated amphiphilic alternating copolymer actively targets 3D multicellular tumour spheroids and delivers the hydrophobic drug to the inner core. Nanomaterials (Basel) 8 (8),
  3. Koloskova OO, Gileva AM, Drozdova MG, Grechihina MV, Suzina NE, Budanova UA, Sebyakin YL, Kudlay DA, Shilovskiy IP, Sapozhnikov AM, Kovalenko EI, Markvicheva EA, Khaitov MR (2018). Effect of lipopeptide structure on gene delivery system properties: Evaluation in 2D and 3D in vitro models. Colloids Surf B Biointerfaces 167 (0), 328–336
  4. Trushina DB, Bukreeva TV, Borodina T, Khovankina AV, Akasov RA, Markvicheva EA (2017). Biodegradable containers based on nanostructured polycrystals obtained by controlled crystallization. Acta Crystallogr A Found Adv 73 (0), 1286
  5. Drozdova MG, Zaytseva-Zotova DS, Akasov RA, Golunova AS, Artyukhov AA, Udartseva OO, Andreeva ER, Lisovyy DE, Shtilman MI, Markvicheva EA (2017). Macroporous modified poly (vinyl alcohol) hydrogels with charged groups for tissue engineering: Preparation and in vitro evaluation. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 75 (0), 1075–1082
  6. Haq S, Samuel V, Haxho F, Akasov R, Leko M, Burov SV, Markvicheva E, Szewczuk MR (2017). Sialylation facilitates self-assembly of 3D multicellular prostaspheres by using cyclo-RGDFK(TPP) peptide. Onco Targets Ther 10 (0), 2427–2447
  7. Demina TS, Zaytseva-Zotova DS, Akopova TA, Zelenetskii AN, Markvicheva EA (2017). Macroporous hydrogels based on chitosan derivatives: Preparation, characterization, and in vitro evaluation. J Appl Polym Sci 134 (13),
  8. Akasov R, Gileva A, Zaytseva-Zotova D, Burov S, Chevalot I, Guedon E, Markvicheva E (2017). 3D in vitro co-culture models based on normal cells and tumor spheroids formed by cyclic RGD-peptide induced cell self-assembly. Biotechnol Lett 39 (1), 45–53
  9. Khovankina AV, Mezhevikina LM, Коsоvskу GU (2016). Features of cultivation of mesenchymal stromal cells from bone marrow of cattle on gelatin cryogel. J Biotechnol 231 (0), S69
  10. Kildeeva NR, Kasatkina MA, Drozdova MG, Demina TS, Uspenskii SA, Mikhailov SN, Markvicheva EA (2016). Biodegradablescaffolds based on chitosan: Preparation, properties, and use for the cultivation of animal cells. APPL BIOCHEM MICRO+ 52 (5), 515–524
  11. Akasov R, Zaytseva-Zotova D, Burov S, Leko M, Dontenwill M, Chiper M, Vandamme T, Markvicheva E (2016). Formation of multicellular tumor spheroids induced by cyclic RGD-peptides and use for anticancer drug testing in vitro. Int J Pharm 506 (12), 148–157
  12. Attia MF, Anton N, Akasov R, Chiper M, Markvicheva E, Vandamme TF (2016). Biodistribution and Toxicity of X-Ray Iodinated Contrast Agent in Nano-emulsions in Function of Their Size. Pharm Res 33 (3), 603–614
  13. Demina TS, Akopova TA, Vladimirov LV, Zelenetskii AN, Markvicheva EA, Grandfils C (2016). Polylactide-based microspheres prepared using solid-state copolymerized chitosan and d,l-lactide. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 59 (0), 333–338
  14. Akasov R, Haq S, Haxho F, Samuel V, Burov SV, Markvicheva E, Neufeld RJ, Szewczuk MR (2016). Sialylation transmogrifies human breast and pancreatic cancer cells into 3D multicellular tumor spheroids using cyclic RGD-peptide induced self-assembly. Oncotarget 7 (40), 66119–66134
  15. Akasov R, Borodina T, Zaytseva E, Sumina A, Bukreeva T, Burov S, Markvicheva E (2015). Ultrasonically Assisted Polysaccharide Microcontainers for Delivery of Lipophilic Antitumor Drugs: Preparation and in Vitro Evaluation. ACS Appl Mater Interfaces 7 (30), 16581–16589
  16. Privalova AM, Uglanova SV, Kuznetsova NR, Klyachko NL, Golovin YI, Korenkov VV, Vodovozova EL, Markvicheva EA (2015). Microencapsulated multicellular tumor spheroids as a tool to test novel anticancer nanosized drug delivery systems in vitro. J Nanosci Nanotechnol 15 (7), 4806–4814
  17. Privalova A, Markvicheva E, Sevrin C, Drozdova M, Kottgen C, Gilbert B, Ortiz M, Grandfils C (2015). Biodegradable polyester-based microcarriers with modified surface tailored for tissue engineering. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 103 (3), 939–948
  18. Stetciura IY, Yashchenok A, Masic A, Lyubin EV, Inozemtseva OA, Drozdova MG, Markvichova EA, Khlebtsov BN, Fedyanin AA, Sukhorukov GB, Gorin DA, Volodkin D (2015). Composite SERS-based satellites navigated by optical tweezers for single cell analysis. Analyst (Lond) 140 (15), 4981–4986
  19. Khan IU, Stolch L, Serra CA, Anton N, Akasov R, Vandamme TF (2015). Microfluidic conceived pH sensitive core-shell particles for dual drug delivery. Int J Pharm 478 (1), 78–87
  20. Demina TS, Drozdova MG, Yablokov MY, Gaidar AI, Gilman AB, Zaytseva-Zotova DS, Markvicheva EA, Akopova TA, ZelenetskiI AN (2015). DC discharge plasma modification of chitosan films: An effect of chitosan chemical structure. Plasma Process Polym 12 (8), 710–718
  21. Khan IU, Serra CA, Anton N, Li X, Akasov R, Messaddeq N, Kraus I, Vandamme TF (2014). Microfluidic conceived drug loaded Janus particles in side-by-side capillaries device. Int J Pharm 473 (12), 239–249
  22. Sukhanova TV, Artyukhov AA, Gurevich YM, Semenikhina MA, Prudchenko IA, Shtilman MI, Markvicheva EA (2014). Delta-sleep inducing peptide entrapment in the charged macroporous matrices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 42 (0), 461–465
  23. Attia MF, Anton N, Chiper M, Akasov R, Anton H, Messaddeq N, Fournel S, Klymchenko AS, Mély Y, Vandamme TF (2014). Biodistribution of X-ray iodinated contrast agent in nano-emulsions is controlled by the chemical nature of the oily core. ACS Nano 8 (10), 10537–10550
  24. Sonina AN, Vikhoreva GA, Veleshko IE, Veleshko AN, Drozdova MG, Markvicheva EA, Galbraikh LS (2013). Structure and properties of chitosan-containing nanofibers. FIBRE CHEM+ 45 (2), 79–84
  25. Demina T, Zaytseva-Zotova D, Yablokov M, Gilman A, Akopova T, Markvicheva E, Zelenetskii A (2012). DC discharge plasma modification of chitosan/gelatin/PLLA films: Surface properties, chemical structure and cell affinity. Surf Coat Technol 207 (0), 508–516
  26. Марквичева ЕА, Дроздова МГ, Акасов РА, ЗайцеваЗотова ДС (2011). Биосовместимые материалы в тканевой инженерии, В кн: Клеточные технологии для регенеративной медицины / под ред.: Г.П.Пинаева, М.С.Богдановой, А.М.Кольцовой. – СПБ.: Изд-во Политехн.ун-та.  (0), 103–126
  27. Zaytseva-Zotova D, Balysheva V, Tsoy A, Drozdova M, Akopova T, Vladimirov L, Chevalot I, Marc A, Goergen JL, Markvicheva E (2011). Biocompatible smart microcapsules based on chitosan-poly(vinyl alcohol) copolymers for cultivation of animal cells. Adv Eng Mater 13 (12),
  28. Балабашин Д, ЗайцеваЗотова Д, Топорова В, Панина А, Марквичева Е, Свирщевская Е, Алиев Т (2011). Способы увеличения продукции рекомбинантных антител в клеточных линиях CHO DG44.  (5),
  29. Zaytseva-Zotova DS, Udartseva OO, Andreeva ER, Bartkowiak A, Bezdetnaya LN, Guillemin F, Goergen JL, Markvicheva EA (2011). Polyelectrolyte microcapsules with entrapped multicellular tumor spheroids as a novel tool to study the effects of photodynamic therapy. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 97 (2), 255–262
  30. Borodina T, Grigoriev D, Markvicheva E, Möhwald H, Shchukin D (2011). Vitamin e microspheres embedded within a biocompatible film for planar delivery. Adv Eng Mater 13 (3),
  31. Borodina TN, Grigoriev DO, Markvicheva EA, Mohwald H, Shchukin DG (2010). Vitamin E microcontainers embedded within a biodegradable film for planar delivery.  (0),
  32. Бовин НВ, Марквичева ЕА, Селина ОЕ (2009). Сорбент для удаления антител из цельной крови и способ его получения. Патент RU 2360707.  (0),
  33. Selina OE, Belov SY, Vlasova NN, Balysheva VI, Churin AI, Bartkoviak A, Sukhorukov GB, Markvicheva EA (2009). Biodegradable microcapsules with entrapped DNA for development of new DNA vaccines. Russ. J. Bioorganic Chem. 35 (1), 103–110
  34. Markvicheva EA, Antonov EN, Popova AV, Bogorodsky SE, Likhareva VV, Feldman BM, Strukova SM, Popov VK, Rumsh LD (2009). Biodegradable polymer microparticles with entraped herbal extracts: Preparation with supercritical carbon dioxide and use for tissue repair. Biomed Khim 55 (4), 479–488
  35. Балышева ВИ, Марквичева ЕА, Власова НН, Сухоруков ГБ, Селина ОЕ (2008). Способ доставки ДНК в макроорганизм для разработки вакцин и соматической генной терапии. Патент RU 2336090C2.  (0),
  36. Selina OE, Chinarev AA, Obukhova PS, Bartkowiak A, Bovin NV, Markvicheva EA (2008). Alginate-chitosan microspheres for the specific sorption of antibodies. Russ. J. Bioorganic Chem. 34 (4), 468–474
  37. Антонов ЕН, Богородский СЕ, Фельдман БМ, Марквичева ЕА, Румш ЛД, Попов ВК (2008). Получение биодеградируемх микрочастиц с биоактивными компонентами с помощью сверхкритического диоксида углерода. 3 (1), 34–42
  38. Антонов ЕН, Баграташвили ВН, Бочкова СА, Попов ВК, Попова АВ, Марквичева ЕА, Бородина ТН, Румш ЛД, Фельдман БМ (2008). Влияние селективного лазерного спекания на активность Трипсина, инкапсулированного в полилактид. 17 (2), 30–32
  39. Borodina T, Markvicheva E, Kunizhev S, Möhwald H, Sukhorukov GB, Kreft O (2007). Controlled release of DNA from self-degrading microcapsules. Macromol Rapid Commun 28 (1819), 1894–1899
  40. Stashevskaya K, Markvicheva E, Strukova S, Prudchenko I, Zubov V, Grandfils Ch (2007). Thrombin receptor agonist peptide etrapped in poly(d,l,-lactide-co-glycolide) microcapsules:preparation and characterization. 24 (2), 129–142
  41. Балышева ВИ, Власова НН, Селина ОЕ, Белов СЮ, Марквичева ЕА, Сухоруков ГБ (2007). Микрокапсулирование ДНК как способ доставки ДНК-вакцин. 1 (0), 25–26
  42. Rusanova A, Makarova A, Gorbacheva L, Vasileva T, Markvicheva E, Grandfils Ch, Bespalova Z, Umarova B, Strukova S (2007). Thrombin receptor agonist peptide as a novel antiulcerogenic factor, Chapter 11.  (0), 93–101
  43. Markvicheva E, Stashevskaya K, Strukova S, Prudchenko I, Rusanova A, Makarova A, Vasilieva T, Bespalova J, Grandfils Ch (2006). Biodegradable microparticles loaded with thrombin receptor agonist peptide for gastric ulcer treatment in rats. 16 (4), 321–325
  44. Markvicheva E, Stashevskaya K, Strukova S, Prudchenko I, Rusanova A, Makarova A, Vasilieva T, Bespalova J, Grandfils C (2006). Biodegradable microparticles loaded with thrombin receptor agonist peptide for gastric ulcer treatment in rats. J Drug Deliv Sci Technol 16 (4), 321–325
  45. Marc A, Markvicheva E, Jourdain C, Bezdetnaya L, Merlin JL, Guillemin F, Zubov V, Goergen JL (2005). Spheroids formation by encapsulation of cancer cells to mimic small size tumors, In : Animal Cell Technology meets Genomics.  (0), 261–263
  46. Markvicheva EA, Lozinsky VI, Plieva FM, Kochetkov KA, Rumsh LD, Zubov VP, Maity J, Kumar R, Parmar VS, Belokon YN (2005). Gel-immobilized enzymes as promising biocatalysts: Results from Indo-Russian collaborative studies. Pure Appl Chem 77 (1), 227–236
  47. Markvicheva E, Lozinsky V, Plieva F, Kochetkov K, Rumsh L, Zubov V, Kumar R, Parmar V, Belokon Yu (2005). Gel-immobilized enzymes as promising biocatalysts for enantioselective hydrolysis in water/organic media. Pure Appl Chem 77 (1), 227–236
  48. Dugina TN, Kiseleva EV, Lange MA, Vasileva TV, Grandfils C, Markvicheva EA, Bespalova ZD, Palkeeva ME, Strukova SM (2004). Effect of synthetic peptide thrombin receptor agonist encapsulated in microparticles based on lactic and glycolic acid copolymer on healing of experimental skin wounds in mice. Bull Exp Biol Med 138 (5), 463–466
  49. Markvicheva E, Dugina T, Grandfils Ch, Lange M, Stashevskaya K, Vasilieva T, Rumsh L, Strukova S (2004). of bioencapsulated proteinases and peptides for wound healing, Charter 12, In: Advanced Biomaterials for Medical Applications, Series II Mathematics, Physics and Chemistry.  (0), 165–176
  50. Markvicheva E, Grandfils Ch (2004). Microcarriers for animal cell culture, In: Fundamentals of Cell Immobilisation Biotechnology, Series Focus on Biotechnology. 8A (0), 441–461
  51. Markvicheva E, Bezdetnaya L, Bartkowiak A, Marc A, Gorgen JL, Guillemin F, Poncelet D (2003). Encapsulated multicellular tumor spheroids as a novel in vitro model to study small size tumors. Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly 9 (4), 585–588
  52. Strukova SM, Dugina TN, Chistov IV, Lange M, Markvicheva EA, Kuptsova S, Zubov VP, Glusa E (2001). Immobilized thrombin receptor agonist peptide accelerates wound healing in mice. Clin Appl Thromb Hemost 7 (4), 325–329
  53. Vílchez C, Garbayo I, Markvicheva M, Galván F, León R (2001). Studies on the suitability of alginate-entrapped Chlamydomonas reinhardtii cells for sustaining nitrate consumption processes. Bioresour Technol 78 (1), 55–61
  54. Markvicheva EA, Kuptsova SV, Mareeva TY, Vikhrov AA, Dugina TN, Strukova SM, Belokon YN, Kochetkov KA, Baranova EN, Zubov VP, Poncelet D, Parmar VS, Kumar R, Rumsh LD (2000). Immobilized enzymes and cells in poly(N-vinyl caprolactam)-based hydrogels: Preparation, properties, and applications in biotechnology and medicine. Appl Biochem Biotechnol 88 (13), 145–157
  55. Kuptsova S, Markvicheva E, Kochetkov K, Belokon Y, Rumsh L, Zubov V (2000). Proteases entrapped in hydrogels based on poly(N-vinyl caprolactam) as promising biocatalysts in water/organic systems. Biocatal Biotransformation 18 (2), 133–149
  56. Zubov VP, Ivanov AE, Zhigis LS, Rapoport EM, Markvicheva EA, Lukin YV, Zaitsev SY (1999). Molecular construction of polymer materials for biotechnology and medicine. Russ. J. Bioorganic Chem. 25 (11), 772–783
  57. Mikhailova IY, Mareeva TY, Tsygannik IN, Mikhaleva II, Onoprienko LV, Vikhrov AA, Markvicheva EA, Pangborn W, Duax W, Nesmeyanov VA, Pletnev VZ (1999). The preparation, crystallization, and preliminary X-ray study of a Fab-fragment of monoclonal antibody to human interleukin-2 and its complex with an antigenic peptide. Russ. J. Bioorganic Chem. 25 (4), 219–223
  58. Strukova SM, Dugina TN, Chistov IV, Markvicheva EA, Kuptsova SV, Kolokolchikova EG, Rumsh LD, Zubov VP, Gluza E (1998). Thrombin, a regulator of reparation processes in wound healing. Russ. J. Bioorganic Chem. 24 (4), 256–259
  59. Vikhrov AA, Markvicheva EA, Mareeva TY, Khaidukov SV, Nesmeyanov VA, Manakov MN, Goergen JL, Marc A, Zubov VP (1998). Preparation of pure monoclonal antibody to interleukin-2 by cultivation of hybridoma cells entrapped in novel composite hydrogel beads. Biotechnol Lett 12 (1), 11–14
  60. Markvicheva EA, Tkachuk NE, Kuptsova SV, Dugina TN, Strukova SM, Kirsh YE, Zubov VP, Rumsh LD (1996). Stabilization of proteases by entrapment in a new composite hydrogel. Appl Biochem Biotechnol 61 (12), 75–84
  61. Kuzkina IF, Pashkin II, Bakeeva IV, Zubov VP, Markvicheva EA, Kirsh YE (1996). Hydrogel poly(N-vinylcaprolactam) beads: Preparation, properties, and applications. PHARM CHEM J 30 (1), 41–44
  62. Markvicheva EA, Bronin AS, Kudryavtseva NE, Rumsh LD, Kirsh YE, Zubov VP (1994). Immobilization of proteases in composite hydrogel based on poly(N-vinyl caprolactam). Biotechnol Lett 8 (3), 143–148
  63. Donova MV, Kuzkina IF, Arinbasarova AY, Pashkin II, Markvicheva EA, Baklashova TG, Sukhodolskaya GV, Fokina VV, Kirsh YE, Koshcheyenko KA, Zubov VP (1993). Poly-N-vinylcaprolactam gel: A novel matrix for entrapment of microorganisms. Biotechnol Lett 7 (6), 415–422

Марквичева Елена Арнольдовна

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 34, комн. 422
  • Тел.: +7(495)336-06-00
  • Эл. почта: lemark@ibch.ru