Реализация проектов в области биотехнологий по программе «У.М.Н.И.К.»

Приоритетные направления технологической модернизации экономики Российской Федерации:
- ядерные технологии;
- космические технологии;
- энергоэффективность и энергосбережение;
- стратегические информационные технологии;
- технологии в сфере медицины, включая
биотехнологии.
«…Биотехнологии … - это … то, что будет формировать научный облик нашей планеты в XXI веке. … Собственно, поэтому в том числе исследования в этой сфере отнесены к числу приоритетов, которыми мы занимаемся».
Д.А. Медведев
2

Биотехнология –
интеграция естественных и инженерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов или их производных для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения.
Области применения биотехнологии:
медицина,
пищевая промышленность,
энергетика,
охрана окружающей среды,
ВПК,
научные исследования.
3

Направления биотехнологии
«Красные» биотехнологии
Технологии, связанные со здоровьем человека – получение лекарств, биодобавок, вакцин, ферментов, антител.
«Зелёные» биотехнологии
Технологии, применяющиеся в сельском хозяйстве – новые виды животных, новые сорта растений, корма, генно-модифицированные организмы (ГМО), биотопливо.
«Белые» биотехнологии
Используются в промышленности, начиная от производства биоматериалов для различных отраслей, биопластика, аминокислот до различных способов очистки.
«Синие» биотехнологии
Технологии, применяющие морские организмы.
4

Связь биотехнологии с другими
науками
Медицина
Микро-биология
Генетика
Химия
Био-технологии
Инженерные технологии
Материало-ведение
Молекулярная биология
Физика
5

Некоторые проекты ОмГУ в области биотехнологий
изучение состава, структуры и свойств биоминеральных новообразований различной локализации (зубных, слюнных, почечных и др. камней), костной ткани и биологических жидкостей (слюна и синовиальная жидкость);
разработка новых методов, средств и показателей быстрой неинвазивной (безболезненной) диагностики заболеваний;
исследование влияния компонентов биожидкостей на процессы патогенной и физиогенной минерализации;
исследование процессов кристаллизации фосфатов кальция (синтетических аналогов минерального вещества твердых тканей) для получения биосовместимых материалов на их основе, а также использования в других медицинских целях (в составе зубных паст, лекарственных средств и др.)
На кафедре неорганической химии химического факультета ОмГУ им. Ф.М. Достоевского при поддержке фонда Бортника (гранты «У.М.Н.И.К.») проводятся исследования по следующим биотехнологическим направлениям:
6

Патогенные минералы в организме человека
Подъязычные слюнные железы
Околоушная слюнная железа
Различные болезни, определенные патологические условия, нарушения кальциево-фосфорного обмена в организме могут приводить к патологической минерализации - формированию минеральных новообразований во внутренних органах. К их числу относятся:
Зубные, слюнные, почечные, мочевые, желчные, глазные камни,
Кальцификаты в гландах, артериях и венах, на сердечных клапанах,
Мозговой песок и др.
В отдельных случаях патогенные минеральные новообразования могут достигать значительных размеров и их удаление возможно только хирургическим путем.
7

Размер – 1-2.5 см
Вес – 5.3 г
Слюнные камни
* Afshin Teymoortash, Annette Ramaswamy and Jochen Alfred Werner (Германия, 2003)
Форма слюнных камней различная и зависит от их местонахождения и от того, одиночные эти камни или множественные. В протоках обычно камни продолговатые и целом имеют цилиндрическую форму, в железах круглые, хотя нередко бывают осложнены многочисленными выростами и раковинами. Слюнные камни имеют серую или желтую окраску различных оттенков, шероховатую поверхность и высокую пористость.
8

Зубные камни
Зубные камни относятся к числу наиболее распространенных патогенных минеральных образований, они возникают на зубах 75 – 80 % людей.
Наддесневые камни
Поддесневой камень
9

Диагностика заболеваний по составу слюны
Исследования состава и свойств ротовой жидкости, проводимые при поддержке фонда Бортника (программа «У.М.Н.И.К.») на кафедре неорганической химии ОмГУ совместно с ОмГМА, позволили установить ряд параметров слюны человека, по которым возможна комплексная диагностика
I Заболеваний организма:
гипертонической болезни,
сахарного диабета;
II Заболеваний ротовой полости:
кариеса зубов,
камнеобразования,
компьютерного некроза эмали
зубов и дёсен;
III Структурных свойств слюны.
Норма (5 баллов) Патология (3 балла)
Патология (2 балла) Патология (0 баллов)
Микрокристаллизация слюны человека
(способ определения уровня воздействия компьютерного излучения на состояние эмали зубов, десен и структурных минерализующих свойств ротовой жидкости)
Данная разработка легла в основу, созданного по 217 ФЗ малого предприятия ООО «Ом-Лаб», которым планируется оказание услуги комплексной неинвазивной диагностики заболеваний по составу слюны.
10

Патологические повреждения костной ткани человека
Пораженные суставы
(происходит истирание хряща, разрастание костной ткани)
Одним из заболеваний, при которых происходит истирание хряща и разрастание на его месте костной ткани, является деформирующий коксартроз. Его развитие приводит к болезненности при ходьбе вследствие необратимого разрушения суставов. Восстановление функций пораженных коксарторозом суставов возможно лишь после их полной замены искусственными имплантантами.
Здоровый сустав
Искусственный эндопротез бедренного
сустава
Помимо патологической минерализации в организме человека также может происходить разрушение костной ткани, вызванное нарушениями кальциево-фосфатного обмена и, в том числе, недостаточными физическими нагрузками.
11

Исследования костной ткани человека
При поддержке фонда Бортника на кафедре неорганической химии ОмГУ в сотрудничестве с медицинскими организациями г. Омска проводится изучение костной ткани и разработка ее характеристик как трансплантационного материала при восстановлении костных дефектов.
Перспектива
создание биосовместимых материалов на основе костной ткани человека (аутокость)
Также ведутся поиски диагностических критериев, которые бы позволили проводить врачебную оценку степени изменения костных тканей при их разрушении.
12

Биосовместимые материалы
Протезы
Покрытия для протезов и керамика
Трансплантаты из организма человека
Стали
Сплавы Co, Cr, Mo
Сплавы Ti, Ta, Zr, Au, Pt
Al2O3, ZrO2(Y2O3), MgAl2O4
Фосфаты кальция:
гидроксилапатит - Ca10-хНх(PO4,СО3)(OH)2-х;
трикальцийфосфат -Ca3(PO4)2;
октакальцийфосфат – Ca8H2(PO4)6·5H2O;
дигидрокальцийфосфат - CaHPO4· 2H2O; аморфный фосфат кальция –
Ca(HPO4)3x-2·(PO4)2-2x и др.
Стёкла, силлаты
Трупная кость
Аутокость
Непораженные участки костной ткани головки бедренной кости человека, удаленные вследствие коксартроза
13

Интеллектуальная собственность
Проведено объемное научное исследование по выявлению зависимостей свойств слюны от состояния органов ротовой полости и организма в целом; выявлены диагностические параметры и диапазоны их изменения, позволяющие выявлять гипертоническую болезнь, сахарный диабет, компьютерный некроз эмали зубов и дёсен, а также определять предрасположенность пациента к кариесу и камнеобразованию в полости рта;
Получен патент России № 2342713 от 27.12.2008 на способ моделирования процесса образования зубного камня;
Получен патент России № 2336803 от 27.10.2008 на способ выявления гипертонической болезни и сахарного диабета на стоматологическом приеме;
Получено решение о выдаче патента (заявка № 2008 108680 от 05.03.2008) на способ лабораторной диагностики заболеваний ротовой полости по элементному составу слюны;
Получен патент России № 2311639 от 27.11.2007 на способ определения уровня воздействия компьютерного излучения на состояние зубов;
Подана заявка на получение патента на изобретение способа лабораторной диагностики гипертонической болезни и сахарного диабета.
14

Возможности коммерциализации научных разработок
Реализация разработанного метода комплексной диагностики ряда заболеваний организма человека в качестве услуги на базе малого предприятия ООО «Ом-Лаб» при ГОУ ОмГУ им. Ф.М. Достоевского.
Получение на основе костной ткани человека, синтетических фосфатов кальция биосовместимых материалов для имплантации, тканевой инженерии, ортопедии и протезирования, нанесения биорезорбируемых покрытий для металлических имплантантов.
Разработка препаратов для профилактики и предотвращения камнеобразования в различных органах и тканях при сотрудничестве с кафедрами терапевтической, хирургической стоматологии, кафедрой химии ОмГМА на основании результатов о влиянии компонентов биожидкостей на процессы минералообразования.
15