Description

Заболевания и повреждения спинного и головного мозга разного генеза (наследственные нейродегенеративные заболевания, пороки развития, опухоли, травмы и др.), сопровождающиеся параличами и тяжелыми висцеральными расстройствами, представляют собой комплексную медико-социальную проблему, решение или снижение бремени которой связано с огромными материальными затратами, как отдельных людей, так и государства. Целью работы по проекту является поиск новых подходов нейрореабилитации. Для достижения указанной цели решались задачи по созданию адекватных экспериментальных моделей, изучению нейронных сетей, выявлению ключевых функциональных и структурных нарушений и разработке соответствующих технологий восстановления. Дальнейшие исследования по проекту имеют большую социальную, медицинскую и экономическую значимость, как для Российской Федерации, так и для других стран.

Layman's description

Заболевания и повреждения спинного и головного мозга, сопровождающиеся параличами и тяжелыми висцеральными расстройствами, представляют актуальную медико-социальную проблему. Целью проекта является поиск новых подходов нейрореабилитации. Для достижения указанной цели решались задачи по созданию экспериментальных моделей, выявлению ключевых нарушений и разработке технологий восстановления.

Key findings for the project

Проводилась масштабная экспериментальная работа по поиску новых подходов нейропротезирования при заболеваниях и повреждениях спинного мозга. Работа включала три основных этапа: изучение структуры и функции нейронных сетей (1этап); выявление патофизиологических механизмов нарушений их работы при травмах, заболеваниях, выяснение методов восстановления (2 этап) ; создание новых биосовместимых материалов, имплантируемых устройств (3 этап) для нейрореабилитации на основе знаний, полученных в ходе 1 и 2 этапов. Выполнялись клинические, нейрофизиологические, нейроморфологические и нейрофармакологические исследования c применением коллекции трансгенных животных СПбГУ, проводились работы по изучению новых биосовместимых материалов для имплантируемых нейроинтерфейсов. В ходе проекта мы разработали технологию быстрой печати мягких биоэлектронные интерфейсов, которые были апробированы для мониторинга и активации нейронных путей в головном и спинном мозге, а также в нервно-мышечной системе у кошек, крыс и рыб Danio Rerio. Эта технология может позволить персонализировать биоэлектронику для нейропротезирования. В течение 2-х лет проекта лабораторией нейропротезов опубликовано 2 монографии, 36 статей в рецензируемых журналах, 30 публикаций в WOS/Scopus, общим IF=103, подготовлена и подана заявка на изобретение в ФИПС. Созданная за последние годы в лаборатории научно-технологическая платформа в комбинации с многолетним опытом коллектива в нейрофизиологии, иммуногистохимии и биомедицинской инженерии являются основой для прорывных нейрореабилитационных подходов при заболеваниях и травмах спинного мозга, которые могут быть разработаны в СПбГУ в ближайшие годы и транслированы в клиническую медицину Российской Федерации.

Key findings for the stage (in detail)

В ходе выполнения проекта проводилась экспериментальная
работа по поиску новых подходов нейропротезирования. Работа включала три
основных этапа: изучение структуры и функции нейронных сетей (1этап), выявление
патофизиологических механизмов нарушений их работы при травмах, заболеваниях,
выяснение методов восстановления (2 этап), создание новых биосовместимых
материалов, имплантируемых устройств (3 этап) для нейрореабилитации на основе
знаний, полученных в ходе 1 и 2 этапов. Наличие проекта «ITBM_2019: Лаборатория
нейропротезов» позволило сохранить коллективный потенциал лаборатории и
привлечь к решению задач новых специалистов. Ресурсы проекта «ITBM_2019 Этап 2:
Лаборатория нейропротезов» использовались для дополнительной оплаты работы
специалистов и решения задач по направлениям исследований, обозначенных выше.
Наряду с этим, проводимые исследования (в т.ч. организация экспериментов,
закупка материалов, медикаментов, инструментов, элементов оборудования и др.)
частично финансировались из внешних по отношению к СПбГУ источников, в
частности, грантов РФФИ 20-015-00568А ID 50448703; РФФИ 17-29-01034-офи_м ID
38036108; РФФИ 18-33-20062-мол_а_вед ID 35366145.



Нейронные интерфейсы позволяют  обеспечить взаимодействие между
биологическими системами и электронными устройствами. Это может быть успешно
использовано в клинических условиях для восстановления физиологических функций,
утраченных в результате травмы или болезни [1–3].  Механическая и анатомическая адаптация к
нейрональным структурам является ключевым аспектом биоинтеграции
нейроимплантатов. Недавно было показано, что соответствие эластичности
имплантата к механическим свойствам нервной ткани имеет решающее значение для
долговременной стабильности и биоинтеграции [4,5]. Известно, что этому может
способствовать включение в имплантат эластичных материалов, механически
адаптируемых тонких пленок, и волокон, обеспечивающих тесную связь с
тканями-мишенями [6–10].



Несмотря на улучшение материалов, современные технологии не
способны обеспечивать быстрое 
изготовление имплантатов по индивидуальным параметрам, что делает
специфическую адаптацию имплантатов (к разнообразной анатомии отдельных
участков нервной системы, а также к антропометрии пациентов разного возраста и
размера и с конкретными терапевтическими целями) не практичной, медленной и
дорогостоящей. Персонализированная медицина требует быстрого (по запросу)
производства хорошо адаптированных устройств, которые позволят врачам
разработать оптимальную стратегию лечения. Печать медицинских устройств уже
была исследована и апробирована в клинической практике, например каркасы для
регенерации кости и модели для планирования хирургических операций [11–13].
Однако технологии быстрого прототипирования нерональных имплантатов не
применялись, не смотря на успешное использование технологии послойного синтеза
для разработки гибких и эластичных биоэлектронных устройств для  внешних кожных покровов и использования in
vitro ранее [14–17]. В ходе  проведенного
исследования  мы использовали возможности
гибридной печати для интеграции мягких материалов и композитов в биоэлектронные
устройства, которые хорошо адаптированы к различным анатомическим структурам и
экспериментальным моделям, чтобы исследовать и восстанавливать функции
нервно-мышечной системы.



Разработаная технология изготовления биоэлектродных арреев
из мягких композиционных материалов основана на применении автоматизированного
нанесения токопроводящих и изоляционных паст. Использовалась экструзия, а
также  струйная печать и плазменная
активация поверхности с применением (рис. 1a) 
для обработки материалов с различными физическими свойствами.
Возможность быстрого прототипирования, при котором локализация имплантата, а также
количество и конфигурация электродов могут быть легко изменены, позволяет
подбирать электродные арреи для узконаправленного применения  в нервно-мышечной системе (рис. 1b).



 



 



1.     Описание
основных этапов и возможностей технологии NeuroPrint



Электродные арреи 
передают сигналы  как от  электрогенных тканей, так и к ним, через
рассредоточенные контактные площадки и межсоединения, встроенные в изолирующий
матрикс. Для их изготовления применили мультикомпонентную  печать с использованием эластичных и
биосовместимых материалов (рис. 1). Изолирующий матрикс сначала структурируется
путем экструзии псевдопластичного силиконового эластомера (SE 1700; Dow
Corning). Это определяет общую геометрию электродной решетки, а также положения
участков контактных площадок (рис. 2a (i), (ii)) и путей межсоединений (рис. 2a
(iii)). После полимеризации и плазменной активации поверхности аррей готов к
нанесению электрических каналов посредством струйной печати. Затем мы
разрабатываем специальные чернила, в которых микрочастицы платины (диаметром
0,2–1,8 мкм) суспензированы в вязком растворителе, триэтиленгликоле
монометилового эфира (TGME; дополнительный рис. 2), при последующем испарении
которого образуется плотный платиновый концентрат в форме желаемого
электрического проводника (рис. 2а (iv)). Затем формируются интерфейсы для
внешней электроники путем прикрепления гибких металлических проводов к
контактным площадкам методом точечной экструзии электропроводящей пасты (рис.
2a (v)). На заключительном этапе наносится силикон с низкой вязкостью,
полидиметилсилоксан (PDMS; SYLGARD 184; Dow Corning), чтобы сформировать
конформное непроницаемое соединение со структурой (рис. 2a (vi)). Благодаря
низкому поверхностному натяжению PDMS проникает в промежутки между частицами в
платиновом концентрате, образуя композитный материал in situ. Данный метод
отличается от других, где проводник и эластомер сначала смешиваются в пасту, а
затем печатаются [18]. Преимущество нашего подхода заключается в том, что
проводящие частицы в концентрате образуют перколяционную сеть до инфузии PDMS.
Массовая доля платины в композите составляет 80%. В результате полимеризации
силикона получается композитный материал с удельным сопротивлением (9,8 ± 1,5)
× 10–5 Ом · м (n = 4), который выдерживает повторяющиеся циклы деформации
растяжения. Хотя в литературе сообщалось о чернилах на основе наночастиц с
более низким удельным сопротивлением, они обычно содержат серебро и наносятся
на неэластичные субстраты [19]. В интегрированных арреях NeuroPrint электрический
контакт с тканями облегчается в местах, где частицы платины достигают
поверхности (рис. 2b). Разработанный нами процесс формирования композитных
материалов in situ позволяет печатать электродные арреи произвольной планарной
топологии с мезомасштабной плотностью интеграции.



Во многих случаях имплантаты должны имитировать вязкоупругие
свойства окружающих тканей. В технологии NeuroPrint это стало возможным
благодаря использованию силиконов и композитов, которые гарантируют, что общее
стресс-деформационное поведение арреев остается сопоставимым с поведением
мягких тканей, таких как твердая мозговая оболочка, периферические нервы или
мышцы (рис. 2c) [20–22]. Диапазон деформаций, встречающихся in vivo, варьирует
в зависимости от вида и анатомической структуры; однако оценки деформации
растяжения в нервной системе редко превышают 20%, после чего может произойти
повреждение тканей [23,24]. Арреи NeuroPrint демонстрируют стабильное поведение
при растяжении (рис. 2d) в физиологическом диапазоне упругой деформации.



Арреи NeuroPrint сохраняют электрическую функциональность
при воздействии физиологически значимых растяжений (рис. 3a) и после длительных
циклов деформации (рис. 3b). Электрические изменения, вызванные растяжением, не
были значительными для рассматриваемых здесь типов применения и не привели к
сбоям в работе имплантата. При оценке 
максимальной деформации 20% наблюдается почти десятикратное увеличение
импеданса, что соответствует абсолютному значению 20 кОм (на частоте 1 кГц),
что, по крайней мере, на два порядка ниже, чем входное сопротивление
усилителей, используемых для нейронной регистрации, и не ожидается, что это
приведет к потерям или искажению сигнала [26]. Радиус изгиба 0,5 мм приводит к
умеренному увеличению импеданса <25%, однако такое положение облегчает
обертывание электродов вокруг небольших периферических нервов.



Электрохимически электроды NeuroPrint демонстрируют пики
восстановления и окисления, типичные для металлической платины (рис. 3c).
Начальный предел инжекции заряда в контактные площадки находится в диапазоне
150–250 мкКл / см2 (n = 8 электродов из двух арреев), что согласуется с
платиновыми нейронными электродами аналогичного размера [27]. Умеренное
увеличение предела инжекции заряда наблюдается после приложения 5 M стимулирующих
импульсов, что может быть связано с активацией поверхности электрода [28]. На
протяжении 1000 циклов растяжения мы наблюдаем общую тенденцию к снижению
предела инжекции заряда, но, как и при измерениях импеданса, не наблюдается
внезапных и полных отказов работоспособности любого из электродов (рис. 3d).
Электрохимическая стабильность и устойчивость к механической деформации делают
электроды NeuroPrint подходящими для использования при  стимуляции электрогенных мягких тканей.



Наш подход к гибридной печати приводит к минимальным
отходам, поскольку проводящий концентрат наносится с высокой точностью только
там, где требуется проводимость. Это облегчает использование относительно
дорогих металлов, таких как платина, там где требования к биосовместимости
ограничивают диапазон доступных материалов. Однако процесс изготовления можно
распространить на более дешевые проводящие материалы. Чтобы продемонстрировать
это, мы использовали серебряные нанопроволоки для печати электродов аналогичных
размеров, которые сохранили ключевые электрические функции, необходимые для
использования биоэлектронного интерфейса. Наш метод печати позволяет
использовать новые материалы, такие как гидрогели или проводящие полимеры,
которые обещают снизить импеданс электродов и улучшить биоинтеграцию
имплантатов [29,30].



Благодаря своей простой конструкции электроды NeuroPrint
устраняют необходимость в обработке чистых помещений и разработке специальных
моделей и инструментов для изготовления, которые обычно используются для
производства нейрональных сенсоров [31]. Типичное время производства от
проектной спецификации до готового прототипа может составлять всего 24 часа,
что позволяет производить индивидуальные имплантаты по запросу.



2.     Опыт применения
имплантатов NeuroPrint для активации и мониторинга нервно-мышечной системы



Для проверки функциональных возможностей технологии
NeuroPrint, мы создали библиотеку конструкций (рис. 1b), охватывающую широкий
спектр возможностей, в том числе активацию спинальной локомоторной системы  у животных с моторным дефицитом [32],
регистрации электромиографической активности поперечнополосатой и гладкой
мускулатуры  для  изучении контроля сенсомоторного и
висцерального контроля (рис. 3а). Все изготовленные конструкции электродных
арреев имеют толщину около 200 мкм. Мягкость и отлично адаптированная геометрия
имплантатов позволили нам оптимизировать хирургические процедуры для доступа к
периферическим нервам, детрузору и мышцам конечностей, субдуральному
пространству спинного мозга и сенсомоторной коре головного мозга на различных
моделях животных.



Электростимуляция спинного мозга (ЭСМ) - высокоэффективный
метод экспериментальной и клинической нейрореабилитации [33,34]. Однако важно
определить основные механизмы терапевтических эффектов и дополнительно
оптимизировать имплантированные устройства и алгоритмы стимуляции. Здесь мы
показываем, что электроды NeuroPrint эффективны для решения этой задачи in vivo
(рис. 1b и 3). В частности, непрерывная ЭСМ (5 Гц; 0,2 мс) крестцового отдела
спинного мозга (S1 – S3) вызывала локомоцию у децеребрированных кошек (n = 4
кошки) с реципрокной активацией мышц-сгибателей и разгибателей, правильным
положением ступни и хорошо скоординированными движениями задних конечностей в
цикл шага (рис. 3b).  При сравнении с
обычным проволочными внутримышечными электродами NeuroPrint  демонстрирует аналогичное качество
электромиографических (ЭМГ) сигналов во время локомоторной активности (рис.
3c). Более того, ЭСМ различных рострокаудальных и медиолатеральных областей запускает
локальные нейрональные сети, ответственные за специфическую активацию
лево-правого и рострально-каудального паттернов ЭМГ (рис. 3d-f), что важно для
пространственно-временной терапевтической нейромодуляции  после повреждения спинного мозга [35].



Следующим этапом тестирования возможностей  NeuroPrint было оборачивание стимулирующих
электродов NeuroPrint вокруг участка седалищного нерва кошки (проходящего в
проксимальной части бедра) что позволило провести  одновременную регистрацию электроспиннограммы
(ESG) и активности ЭМГ (n = 4 кошки). Активация сенсорных и моторных волокон в
седалищном нерве вызывала волнообразные сигналы в спинном мозге и икроножной
мышце с различной латентностью (рис. 4a, d), форма и амплитуда которых зависела
от интенсивности стимуляции. Мы также обнаружили, что вызванные ESG потенциалы
модулируются стороной стимуляции седалищного нерва, а также расстоянием между
участками регистрации и стимуляции (рис. 4b, c). Мы также наблюдали
классическую динамику подавления рефлекторной H-волны M-волной [36] при
увеличении амплитуды стимуляции седалищного нерва (рис. 4e). Таким образом,
проведен многоуровневыймониторинг вызванных потенциалов с помощью
рассредоточенных электродов NeuroPrint в разных отделах спинного мозга [36].
Затем мы применили электродные арреи NeuroPrint для записи ESG для определения
паттерна активации децентрализованных нервных путей во время ходьбы, вызванной
стимуляцией мезэнцефальной локомоторной области, у кошки (n = 4) [32,37]. Мы
подтвердили, что технологию NeuroPrint можно использовать и в других физиологических
системах и моделях животных. Например, после имплантации пары ЭМГ
электродов  в гладкую детрузорную мышцу
мочевого пузыря кошки (n = 4) мы зарегистрировали ее активность на стадии
мочеиспускания уродинамического цикла во время внутрипузырного введения
физиологического раствора (рис. 4f) [38]. В другом модельном организме, рыбах
Danio Rerio (n = 5), используя адаптированные электроды NeuroPrint
имплантированные в  спинные мышцы, мы  зарегистрировали ЭМГ во время активного
плавания (рис. 4g) [39].



3.     Долговременная
биоинтеграция технологии NeuroPrint



Мы проверили долгосрочную биосовместимость и функциональную
стабильность интерфейсов NeuroPrint на модели крыс, используя этот подход в
одном из самых сложных анатомических участков нервной системы (рис. 5а). В
частности, спинальные электродные арреи (рис. 1b и 5a) были имплантированы в
интратекальное пространство, где повторяющиеся механические нагрузки обычно
предъявляют высокие требования к их устойчивости. Мы посчитали, что если субдурально
имплантированные электроды NeuroPrint (рис. 5а) не влияют на функциональные и
морфологические аспекты нервной системы, другие области имплантации,
по-видимому будут более безопасными. Наш дизайн был дополнен решетчатым
паттерном в качестве специальной особенности для улучшения его интеграции в
окружающую ткань, благодаря чему 
стабильное положение сохранялось в течение нескольких недель
тестирования. Функциональную стабильность с помощью поведенческого тестирования  и гистологические срезы крыс с имплантатами
(implant, n = 4) и ложно оперированных (sham, n = 4) крыс оценивали через 8
недель после операции (рис. 5b – i). Ложно оперированным животным были
выполнены те же хирургические процедуры (ламинэктомия, ортоз позвоночника,
фиксация коннектора на черепе) без имплантатов позвоночника.



 



 



 



В целом, не было значительных различий между двумя группами
по гистологическим (рис. 6c – f) и поведенческим данным (рис. 5g – ). В
качестве индикатора нейровоспаления мы проанализировали экспрессию
микроглиального маркера Iba1 в срезах спинного мозга (рис. 5d). Никаких
существенных различий между двумя группами получено не было (рис. 5b – e). В
дополнение к общей способности перемещаться по лестнице (рис. 5g, h) и бегать
по ленте тредбана с низкой и высокой скоростью (рис. 5i), мы отслеживали мелкие
аспекты сенсомоторной активности, включая координация передних/задних
конечностей (рис. 5i, j), длительность цикла шага (рис. 5p), ширину шага, длину
шага (рис. 5q), высоту подъема стопы (рис. 5j, k) и их вариабельность. Эти
параметры не имели отличий у крыс с  субдуральной  имплантацией 
NeuroPrint  по сравнению с sham.
Мы проанализировали изменение позы (рис. 5l – n) крыс во время ходьбы [42]. Эта
функция зависит от множества сенсорных и моторных сетей в головном и спинном
мозге, которые очень чувствительны к нарушениям при неврологических
расстройствах и травмах, а также в нейротоксических условиях [43]. Мы оценили
медиолатеральное смещение центра масс тела (рис. 5l, m) и латеральное положение
стопы (рис. 5n). Все эти параметры отражают эффективность контроля динамического
баланса во время движения [42,44] и были аналогичными в группе Sham и группе с
имплантантами. Эти результаты подтверждают отсутствие грубого и мелкого
двигательного дефицита или нарушений баланса в результате имплантации и
указывают на хороший уровень биоинтеграции через 8 недель.



4.  Функциональная стабильность
технологии NeuroPrint



Функциональность электродов оценивалась еженедельно путем
тестирования их импеданса (рис. 6a) и пороговых значений тока для
рекрутирования мышц (рис. 6b, c). Из 16 электродов, имплантированных четырем
крысам, 14 сохраняли начальные импедансы и способность индуцировать вызванные
мышечные потенциалы. В первые 2 недели мы также наблюдали тенденцию к
увеличению импеданса и пороговых значений тока, что может быть связано с
образованием соединительной ткани (рис. 7a, b). Затем мы проверили
функциональное состояние нейрональных путей, расположенных в непосредственной
близости от имплантатов (рис. 5a и 6d – h). На хронической стадии (8 недель)
спинальные интерфейсы NeuroPrint (n = 4) использовались для регистрации
ESG  в различных поведенческих задачах у
крыс  (рис. 6d), где была показана
сайт-специфичная нейромодуляционная активность сенсомоторных  сетей (рис. 7e). В совокупности это указывает
на высокий уровень их биоинтеграции и стабильное положение относительно целевых
спинномозговых путей. На последнем этапе оценки мы использовали, адаптированную
для сенсомоторной  коры головного мозга
конфигурацию  NeuroPrint (рис. 6f), для
регистрации электрокортикограммы во время двигательной активности (доп. рис.
18) и исследовали пути, ответственные за восходящую и нисходящую связь между
мозгом и спинным мозгом ( Рис. 6g, h) (n = 5).



В данной работе представлена технология гибридной печати,
позволяющая создать интерфейсы для мониторинга и активации функциональных
состояний нервной системы. Благодаря адаптированной геометрии и механической
мягкости интерфейсы NeuroPrint могут использоваться для различных нейрональных
структур, модельных объектов и задач. Используя электроды различной
конфигурации, мы стимулировали и регистрировали биопотенциалы головного и
спинного мозга, а также периферических нервов, поперечнополосатых и гладких
мышц.



NeuroPrint, как технология производства, хорошо подходит для
взаимодействия с биологическими объектами на уровне нейрональных сетей.
Технология может найти приложения для быстрого прототипирования
биологических  сенсоров и электродов для
нейромодуляции [46,47]. Монолитная внутренняя структура в сочетании с
механической эластичностью обеспечивает устойчивость к механической деформации
и эффективную передачу электрического сигнала от нейрональных структур при
хронической имплантации. Проводящие силиконовые композиты являются новым
материалом для биоэлектроники in vivo и требуют дальнейшего изучения.
Гистологические и функциональные исследования тканей, проведенные нами и
другими исследователями, показывают, что такие материалы структурно стабильны
для длительной имплантации [5,48]. Электромеханические свойства имплантатов
сделали возможным их биоинтеграцию в долгосрочных экспериментах in vivo, что
указывает на их потенциальное применение в различных областях трансляционной
биомедицины, включая нейропротезирование и нейрокомпьютерные интерфейсы  [49].



Список опубликованных работ по 2 этапу проекта:



По результатам работы в 2020 г. лабораторией подготовлена и
подана заявка на изобретение в ФИПС, сделано 40 научных публикаций, из них 22
статьи в рецензируемых изданиях, из которых 19 в WOS/Scopus, общим IF=67.847.



Статьи в рецензируемых журналах:



1.      Prikhodko VA,
Sysoev YuI, Poveryaeva MA, Bunyat AV, Karev VE, Ivkin DYu, et al. Effects of empagliflozin and
L-ornithine L-aspartate on behavior, cognitive functions, and physical
performance in mice with experimentally induced steatohepatitis. Bulletin of
RSMU. 2020; (3): 49–57. DOI: 10.24075/brsmu.2020.034 (Scopus/WoS/ РИНЦ, IF=0,499)



2.        Sysoev Y,  Bazhenova E, 
Lyakhovetskii V,  Kovalev G,
Shkorbatova P, Islamova R,  Pavlova N,
Gorskii O, Merkulyeva N,Shkarupa D, Musienkо P. Site-specific neuromodulation of detrusor
and external urethral sphincter by epidural spinal cord stimulation
Provisionally accepted We'll notify you at publication. Front. Syst. Neurosci.
2020; 14:47.  doi: 10.3389/fnsys.2020.00047  (Scopus/WoS/РИНЦ, 
IF=4.0).



3.      Afanasenkau D, Kalinina D, Lyakhovetskii
V, Tondera C, Gorsky O, Moosavi S, Pavlova N, Merkulyeva N,  Kalueff A, Minev I, Musienko P.  Rapid prototyping of soft bioelectronic
implants for use as neuromuscular interfaces. Nat Biomed Eng. 2020;
4:1010–1022. DOI: 10.1038/s41551-020-00615-7 (Scopus/WoS/РИНЦ, IF=17.149)



4.      Shkorbatova P, Lyakhovetskii V, Pavlova
N, Popov A, Bazhenova E, Kalinina D, Gorskii O, Musienko P. Mapping of the
Spinal Sensorimotor Network by Transvertebral and Transcutaneous Spinal Cord
Stimulation Front. Syst. Neurosci. 2020; 14:74. DOI:
10.3389/fnsys.2020.555593    (Scopus/WoS/РИНЦ, 
IF=4.0).



5.      Сысоев ЮИ, Пьянкова ВА, Крошкина КА, Карев ВЕ, Оковитый СВ. 
Кросскорреляционный и когерентный анализ электрокортикограмм
крыс, перенесших черепно-мозговую травму. Российский физиологический журнал им.
И. М. Сеченова. 2020;.106(3):315–328. DOI:10.31857/S0869813920030085
(Scopus/WoS/РИНЦ,  IF=0,735)



6.      Приходько ВА,
Сысоев ЮИ, Оковитый СВ. Возможность применения производных морфолина в качестве
средств коррекции неврологических нарушений при заболеваниях нервной системы.
Фармацевтические науки. 2020; 2(1): 16-35. DOI:
10.17816/phf21381/2713-153X-2020-1-2-16-35 (РИНЦ,  IF= 0)



7.      Сысоев ЮИ,
Черняков РТ, Идиятуллин РД, Крошкина КА, Пьянкова ВА, Приходько ВА, Оковитый
СВ. Изменения зрительных вызванных потенциалов у крыс, перенесших
черепно-мозговую травму. Биомедицина. 2020; (2):68-77. . DOI:
10.33647/2074-5982-16-2-68-77 (РИНЦ, IF=0,712)



 



 



 



8.      Espinoza S,
Sukhanov I, Efimova EV, Kozlova A, Antonova KA, Illiano P, Leo D, Merkulyeva N,
Kalinina D, Musienko P, Rocchi A, Mus L, Sotnikova TD, Gainetdinov RR. Trace Amine-Associated Receptor 5
Provides Olfactory Input Into Limbic Brain Areas and Modulates Emotional
Behaviors and Serotonin Transmission. Front Mol Neurosci. 2020; 13:18. doi:
10.3389/fnmol.2020.00018. (Scopus/WoS/ РИНЦ,  IF=
2.678)



9.      Pais-Vieira C, Allahdad M, Neves-Amado J,
Perrotta A, Morya E, Moioli R, Shapkova E, Pais-Vieira M. Method for
positioning and rehabilitation training with the ExoAtlet powered exoskeleton.
MethodsX. 2020; 7:100849. doi: 10.1016/j.mex.2020.100849.  (Scopus/WoS/ РИНЦ  
IF=3.812)



10.    Musienko PE, Lyalka VF, Gorskii OV,
Merkulyeva N, Gerasimenko YP, Deliagina TG, Zelenin PV. Comparison of operation
of spinal locomotor networks activated by supraspinal commands and by epidural
stimulation of the spinal cord in cats. J Physiol. 2020; 598: 3459-3483. doi:
10.1113/JP279460. (Scopus/WoS/ РИНЦ,  IF=4.547)



11.    Shapkova EY, Pismennaya EV, Emelyannikov
DV, Ivanenko Y. Exoskeleton Walk Training in Paralyzed Individuals Benefits
From Transcutaneous Lumbar Cord Tonic Electrical Stimulation. Front Neurosci.
2020; 14:416. doi: 10.3389/fnins.2020.00416. (Scopus/WoS/ РИНЦ, IF=6.074)



12.    Deriabin KV, Lobanovskaia EK,   Kirichenko SO, Barshutina MN,    Musienko PE,   Islamova RM. Synthesis of
ferrocenyl‐containing silicone rubbers via platinum‐catalyzed Si–H
self‐cross‐linking. Appl Organometal Chem. 2020; 34:e5300 doi: 10.1002/aoc.5300
(Scopus/WoS/ РИНЦ,
IF=3.259) 



13.    Barshutina MN, Musienko PE, Tkachev AG.
Modeling of elastic modulus of CNT/silicone composites designed for medical
applications. (2020). Advanced Materials & Technologies. 2020; 1(17):
49-53. DOI: 10.17277/amt.2020.01.pp.049-053 (РИНЦ, IF= 0,293)



14.    Popov AA, Lyakhovetskii VA,  Merkulyeva NS, Gorskii OV,  Bazhenova E, 
Musienko PE. Kinematics of Locomotor Movements in Rats in 7-Day
Unweighting. Neurosci Behav Physi. 2020; 50: 500–504.  DOI: 10.1007/s11055-020-00926-x  (Scopus/WoS/ РИНЦ, IF= 0.180)



15.    Zabegalov KN, Wang D, Yang L, Wang J, Hu G,
Serikuly N, Alpyshov ET, Khatsko SL, Zhdanov A, Demin KA, Galstyan DS, Volgin
AD, de Abreu MS, Strekalova T, Song C, Amstislavskaya TG, Sysoev Y, Musienko
PE, Kalueff AV.  Decoding the role of
zebrafish neuroglia in CNS disease modeling. 
Brain Res Bull. 2020; S0361-9230(20)30642-0. doi:
10.1016/j.brainresbull.2020.09.020. (Scopus/WoS/РИНЦ , IF= 3.370)



16.    Berezovskaya AS, Tyganov SA, Nikolaeva SD,
Naumova AA, Merkulyeva NS, Shenkman BS, Glazova MV. Dynamic Foot Stimulations
During Short-Term Hindlimb Unloading Prevent Dysregulation of the
Neurotransmission in the Hippocampus of Rats. Cell Mol Neurobiol. 2020; doi:
10.1007/s10571-020-00922-2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32683580/
(Scopus/WoS/ РИНЦ, IF=
3.811)



17.    Ковалев ГВ,
Шкарупа ДД, Зайцева АО, Старосельцева OЮ, Бородулина ИВ, Калинина ДС, Мусиенко
ПЕ. Особенности нервной регуляции нижних мочевыводящих путей как причина
развития гиперактивного мочевого пузыря: современное состояние проблемы.
Урология. 2020; 4:165-170.
DOI: 10.18565/urology.2020.4.165-170 (Scopus/ РИНЦ, IF= 0,618)



 



 



 



18.    ObraztsovaEY, Barshutina MN, Bakunin ES,
Rukhov AV, Shipovskaya AA,  Shuklinov V.
Adsorption characteristics of nanographite oxide obtained from thermally
expanded graphite. Mendeleev Communications. 2020;  30(2): 174-176. DOI:
10.1016/j.mencom.2020.03.014 (Scopus/WoS/ РИНЦ, IF=2.010)



19. E.
Efimova, A. Kozlova, V. Razenkova, N. Katolikova, K. Antonova, T. Sotnikova, N.
Merkulyeva, A. Veshchitskii, D. Kalinina, 
D. Korzhevskii, P. Musienko, E. Kanov, R. Gainetdinov.  Increased dopamine transmission and adult
neurogenesis in trace amine-associated receptor 5 (TAAR5) knockout mice.



Neuropharmacology.
In press (Scopus/WoS/ РИНЦ, IF=4.431)



20. Г. В. Ковалев, Д. Д. Шкарупа, Н.Д. Кубин, А. О. Зайцева,
И.В. Бородулина, П. Е. Мусиенко. Трансвертебральная магнитная нейромодуляция
как метод лечения гиперактивности мочевого пузыря: 6 месяцев наблюдения.
Вестник Урологии. In press (РИНЦ, IF= 0,506).



21. Ковалев ГВ, Шкарупа ДД, Зайцева АО, Старосельцева OЮ,
Бородулина ИВ, Калинина ДС, Мусиенко ПЕ. Особенности клеточной регуляции нижних
мочевыводящих путей как причина гиперактивности мочевого пузыря и снижения
эффективности медикаментозной терапии. Урология. 2020; 5:10-17. In press (Scopus/ РИНЦ, IF= 0,618).



22.
Prikhodko, V.; Chernyuk, D.; Sysoev, Y.; Zernov, N.; Okovityi, S.; Popugaeva,
E. Potential Drug Candidates to Treat TRPC6 Channel Deficiencies in the
Pathophysiology of Alzheimer’s Disease and Brain Ischemia. Cells 2020,
9, 2351. https://doi.org/10.3390/cells9112351 (WOS/Scopus/ РИНЦ, IF= 4,8)



Тезисы в материалах отечественных и международных
конференций:



1.            Васильев
Д.С., Туманова Н.Л., Калинина Д.С. Пренатальная гипоксия приводит к нарушению
формирования нервной ткани энторинальной области коры мозга крыс. В сборнике II
Всероссийской научной конференции с международным участием «Оптогенетика+
2020»,стр.102, 22-26 апреля 2020, 
доклад.



2.            D. Kalinina, A. Goriainova, Y.I.
Sysoev, R. Gainetdinov, P. Musienko Different locomotor patterns during
swimming and walking in TAAR5 knockout mice. 33rd ECNP Congress, 12-15
September 2020, Virtual, iPoster, P.391.



3.            D. Kalinina, A. Goriainova, R.
Gainetdinov, P. Musienko. The trace amine-associated receptors 5 may involve in
locomotor function. 27th Multidisciplinary International Neuroscience and
Biological Psychiatry Conference “Stress and Behavior”, p.17, 16-18 September
2020, доклад



4.            Y Sysoev, E Bazhenova, V
Lyakhovetskii, G Kovalev, P Shkorbatova, N Pavlova, O Gorskii, N Merkulyeva, D
Shkarupa, P Musienko, Modulation of detrusor muscle and external urethral
sphincter activity by site-specific electrical stimulation of rat spinal cord.
27th Multidisciplinary International Neuroscience and Biological Psychiatry
Conference “Stress and Behavior” 16-18 September 2020, p.30



5.            V Lyakhovetskii, N Merkulieva, O
Gorskii, P Musienko. The influence of treadmill speed on different locomotor
modes of decerebrate cat. , 27th Multidisciplinary International Neuroscience
and Biological Psychiatry Conference “Stress and Behavior” 16-18 September
2020, p.25



6.            Musienko P.  Spinal Neuroprosthesis. China-Russia workshop
on neuroscience, July 13-15, 2020



 



 



 



7.            Мусиенко
П.Е., Сысоев Ю.И.  Ляховецкий В.А.,  Баженова E.Ю., Меркульева Н.С. Спинальные
механизмы интегративного контроля сенсомоторной и мочевыделительной систем.
Тезисы международной научной конференции «Инновационные исследования в биологии
и медицине». 25-27 ноября 2020



8.           
Меркульева Н.С., Mecиенко П.Е. Стабильность работы спинальных нейронных
сетей, контролирующих ходьбу в разных направлениях. Тезисы международной
научной конференции «Инновационные исследования в биологии и медицине». 25-27
ноября 2020



9.           
Шкорбатова П. Ю., Мусиенко П.Е. Картирование сенсомоторных сетей
спинного мозга при помощи трансвертебральной электростимуляции. Тезисы
международной научной конференции «Инновационные исследования в биологии и
медицине». 25-27 ноября 2020



10.         Д.
Калинина, А. Горяинова, Ю. Сысоев, Е. Баженова, А. Попов, Р. Гайнетдинов, П.Е.
Мусиенко. Исследование механизмов управления локомоторного поведения в условиях
нормального и измененного дофаминергического контроля на модели DAT-KO крыс.
Материалы VIII Российской с международным участием конференции по управлению
движением. Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск, 20—22
апреля 2020 г). C. 42. https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



11.         А. Попов,
В.А. Ляховецкий, Е. Баженова, О.В. Горский, Д. Калинина, Н.С. Меркульева, П.Е.
Мусиенко. Исследование роли опорной афферентации в интегративном контроле позы
и локомоции. Материалы VIII Российской с международным участием конференции по
управлению движением. Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск,
20—22 апреля 2020 г). C. 41.
https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



12.         А. Попов,
В.А. Ляховецкий, Е. Баженова, О.В. Горский, Д. Калинина, Н.С. Меркульева, П.Е.
Мусиенко. Влияние условий семидневного вывешивания на флексорную и экстензорную
активность икроножной мышцы крысы при локомоции по тредбану. Материалы
VIIIРоссийской с международным участием конференции по управлению движением.
Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск, 20—22 апреля 2020 г).
C. 46. https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



13.         Н. С.
Меркульева, В. А. Ляховецкий, О. В. Горский, П. Е. Мусиенкo. Инерционность
спинальных нейронных сетей, контролирующих локомоцию в разных направлениях.
Материалы VIII Российской с международным участием конференции по управлению
движением. Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск, 20—22
апреля 2020 г). C. 39. https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



14.         Д.
Калинина, А. Горяинова, Ю. Сысоев, Е. Баженова, А. Попов, Р. Гайнетдинов, П. Е.
Мусиенко. Исследование роли трейсаминовых рецепторов в контроле локомоции и
позы на модели ТААR-KO мышей. Материалы VIII Российской с международным
участием конференции по управлению движением. Управление движением. Motor
Control 2020. (Петрозаводск, 20—22 апреля 2020 г). C. 43.
https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



15.         В. А.
Ляховецкий, Н.С. Меркульева, О. В. Горский, П.Е. Мусиенко. Рострокаудальная
стабильность двунаправленной ходьбы при асимметричной стимуляции спинного мозга
кошки. Материалы VIII Российской с международным участием конференции по
управлению движением. Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск,
20—22 апреля 2020 г). C. 52.
https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



 



 



 



16.         Ю. Е.
Ларионова, Н. А. Купреев, Е. В. Григорьева, Д. В. Емельянников, Е. Ю. Шапкова.
Динамика локомоторных возможностей пациентов с плегиями при тренировках ходьбы
в экзоскелете. Материалы VIII Российской с международным участием конференции
по управлению движением. Управление движением. Motor Control 2020.
(Петрозаводск, 20—22 апреля 2020 г). C. 76.
https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



17.         Н. А.
Купреев, Д. В. Емельянников, Е. Ю. Шапкова. Устойчивость паттерна координации
опоры рук и ног при повторных курсах ходьбы в экзоскелете у пациентов с нижними
параплегиями. Материалы VIII Российской с международным участием конференции по
управлению движением. Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск,
20—22 апреля 2020 г). C. 77. https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



18.         Е. Ю.
Шапкова. Нейропластические сенсомоторные перестройки при хроническом
посттравматическом поражении взрослого спинного мозга человека. Материалы
VIIIРоссийской с международным участием конференции по управлению движением.
Управление движением. Motor Control 2020. (Петрозаводск, 20—22 апреля 2020 г).
C. 14. https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



19.         Д. В.
Емельянников, Ю. Е. Ларионова, Е. В. Григорьева, Е. Ю. Шапкова. Увеличение
независимости пациентов с последствиями тяжелой спинномозговой травмы при
ходьбе в экзоскелете. Материалы VIII Российской с международным участием
конференции по управлению движением. Управление движением. Motor Control 2020.
(Петрозаводск, 20—22 апреля 2020 г). C. 74.
https://petrsu.ru/events/2020/69159/viii-vserossiiskaya-



Список использованной литературы:



1       Wagner, F. B.
et al. Targeted
neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature 563,
65-71, doi:10.1038/s41586-018-0649-2 (2018).



2       Granata, G. et al. Phantom somatosensory
evoked potentials following selective intraneural electrical stimulation in two
amputees. Clinical Neurophysiology 129, 1117-1120,
doi:https://doi.org/10.1016/j.clinph.2018.02.138 (2018).



3       Ajiboye, A. B. et al. Restoration of
reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in
a person with tetraplegia: a proof-of-concept demonstration. The Lancet 389,
1821-1830 (2017).



4       Liu, Y. et al. Soft and elastic
hydrogel-based microelectronics for localized low-voltage neuromodulation.
Nature Biomedical Engineering 3, 58-68, doi:10.1038/s41551-018-0335-6 (2019).



5       Minev, I. R. et al. Electronic dura
mater for long-term multimodal neural interfaces. Science 347, 159-163,
doi:10.1126/science.1260318 (2015).



6       Fu, T.-M., Hong, G., Viveros, R. D.,
Zhou, T. & Lieber, C. M. Highly scalable multichannel mesh electronics for
stable chronic brain electrophysiology. Proceedings of the National Academy of
Sciences 114, E10046-E10055, doi:10.1073/pnas.1717695114 (2017).



7       Boutry, C. M. et al. A stretchable and
biodegradable strain and pressure sensor for orthopaedic application. Nature
Electronics 1, 314-321, doi:10.1038/s41928-018-0071-7 (2018).



8       Kim, T.-i. et al. Injectable,
Cellular-Scale Optoelectronics with Applications for Wireless Optogenetics. Science
340, 211-216, doi:10.1126/science.1232437 (2013).



 



9       Reeder, J. et al. Mechanically Adaptive
Organic Transistors for Implantable Electronics. Advanced Materials 26,
4967-4973, doi:10.1002/adma.201400420 (2014).



10     Lu, C. et al. Flexible and stretchable
nanowire-coated fibers for optoelectronic probing of spinal cord circuits.
Science Advances 3, doi:10.1126/sciadv.1600955 (2017).



11     Sengeh, D. M. & Herr, H. A
variable-impedance prosthetic socket for a transtibial amputee designed from
magnetic resonance imaging data. JPO: Journal of Prosthetics and Orthotics 25,
129-137 (2013).



12     Filardo, G. et al. Novel alginate biphasic
scaffold for osteochondral regeneration: an in vivo evaluation in rabbit and
sheep models. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 29, 74,
doi:10.1007/s10856-018-6074-0 (2018).



13     Ploch, C. C., Mansi, C. S., Jayamohan, J.
& Kuhl, E. Using 3D printing to create personalized brain models for
neurosurgical training and preoperative planning. World neurosurgery 90,
668-674 (2016).



14     Valentine, A. D. et al. Hybrid 3D Printing
of Soft Electronics. Advanced Materials 29, 1703817-n/a, doi:10.1002/adma.201703817
(2017).



15     Lind, J. U. et al. Instrumented cardiac
microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing. Nat
Mater 16, 303-308,
doi:10.1038/nmat4782http://www.nature.com/nmat/journal/v16/n3/abs/nmat4782.html#supplementary-information
(2017).



16     Bachmann, B. et al. All-inkjet-printed
gold microelectrode arrays for extracellular recording of action potentials.
Flexible and Printed Electronics 2, 035003 (2017).



17     Markos Athanasiadis et al. Printed elastic
membranes for multimodal pacing and recording of human stem-cell-derived
cardiomyocytes npj Flexible Electronics xxx, xxx, doi:
https://doi.org/10.1038/s41528-020-0075-z (2020).



18     Minev, I. R., Wenger, N., Courtine, G.
& Lacour, S. P. Research Update: Platinum-elastomer mesocomposite as neural
electrode coating. APL Materials 3, -,
doi:doi:http://dx.doi.org/10.1063/1.4906502 (2015).



19     Mo, L. et al. Nano-Silver Ink of High
Conductivity and Low Sintering Temperature for Paper Electronics. Nanoscale
Research Letters 14, 197, doi:10.1186/s11671-019-3011-1 (2019).



20     van Noort, R., Black, M. M., Martin, T. R.
P. & Meanley, S. A study of the uniaxial mechanical properties of human
dura mater preserved in glycerol. Biomaterials 2, 41-45, doi:https://doi.org/10.1016/0142-9612(81)90086-7
(1981).



21     Kwan, M. K., Wall, E. J., Massie, J. &
Garfin, S. R. Strain, stress and stretch of peripheral nerve Rabbit experiments
in vitro and in vivo. Acta Orthopaedica Scandinavica 63, 267-272,
doi:10.3109/17453679209154780 (1992).



22     Calvo, B. et al. Passive nonlinear elastic
behaviour of skeletal muscle: Experimental results and model formulation.
Journal of Biomechanics 43, 318-325,
doi:https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2009.08.032 (2010).



23     Nicholson, K. J. & Winkelstein, B. A.
in Neural Tissue Biomechanics   (ed Lynne
E. Bilston)  203-229 (Springer Berlin
Heidelberg, 2011).



 



24     Harrison, D. E., Cailliet, R., Harrison,
D. D., Troyanovich, S. J. & Harrison, S. O. A review of biomechanics of the
central nervous system—Part II: Spinal cord strains from postural loads.
Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics 22, 322-332,
doi:http://dx.doi.org/10.1016/S0161-4754(99)70065-5 (1999).



25     Diani, J., Fayolle, B. & Gilormini, P.
A review on the Mullins effect. European Polymer Journal45, 601-612,
doi:https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2008.11.017 (2009).



26     Neto, J. P. et al. Does Impedance Matter
When Recording Spikes With Polytrodes? 
12, doi:10.3389/fnins.2018.00715 (2018).



27     Cogan, S. F. Neural Stimulation and
Recording Electrodes. Annual Review of Biomedical Engineering 10, 275-309,
doi:doi:10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518 (2008).



28     Biegler, T. An Electrochemical and
Electron Microscopic Study of Activation and Roughening of Platinum Electrodes.
Journal of The Electrochemical Society 116, 1131, doi:10.1149/1.2412234 (1969).



29     Tondera, C. et al. Highly Conductive,
Stretchable, and Cell-Adhesive Hydrogel by Nanoclay Doping. Small 0, 1901406,
doi:10.1002/smll.201901406 (2019).



30     Won, S. M. et al. Recent Advances in
Materials, Devices, and Systems for Neural Interfaces.  30, 1800534, doi:10.1002/adma.201800534
(2018).



31     Capogrosso, M. et al. A brain–spine
interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates.
Nature 539, 284-288, doi:10.1038/nature20118 (2016).



32     Musienko, P. E. et al. Spinal and
Supraspinal Control of the Direction of Stepping during Locomotion. The Journal
of Neuroscience 32, 17442-17453, doi:10.1523/jneurosci.3757-12.2012 (2012).



33     Harkema, S. et al. Effect of epidural
stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and
assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study. The Lancet377,
1938-1947, doi:http://dx.doi.org/10.1016/S0140-6736(11)60547-3 (2011).



34     Courtine, G. et al. Transformation of
nonfunctional spinal circuits into functional states after the loss of brain
input. Nat Neurosci 12, 1333-1342 (2009).



35     Wenger, N. et al. Spatiotemporal
neuromodulation therapies engaging muscle synergies improve motor control after
spinal cord injury. Nat Med 22, 138-145, doi:10.1038/nm.4025



http://www.nature.com/nm/journal/v22/n2/abs/nm.4025.html#supplementary-information
(2016).



36     Hoffman, P. Beitrage zur Kenntnis der
menschlichen Reflexe mit besonderer Berucksichtigung der elektrischen
Erscheinungen. Arch F Physiol, 223-256 (1910).



37     Shik, M. L. Control of walking and running
by means of electrical stimulation of the midbrain. Biophysics (in Russian) 11,
659-666 (1966).



38     Fry, C. H., Wu, C. & Sui, G. P.
Electrophysiological properties of the bladder. 
, 291-298, doi:10.1007/bf01901509 (1998).International Urogynecology
Journal9



39     Liu, D. W. & Westerfield, M. Function
of identified motoneurones and co-ordination of primary and secondary motor
systems during zebra fish swimming.  ,
73-89, doi:10.1113/jphysiol.1988.sp017239 (1988).The Journal of Physiology403



 



40     Hains, B. C. & Waxman, S. G. Activated
Microglia Contribute to the Maintenance of Chronic Pain after Spinal Cord
Injury.  , 4308-4317,
doi:10.1523/JNEUROSCI.0003-06.2006 %J The Journal of Neuroscience (2006).26



41     Sierra, A. The “Big-Bang” for modern glial
biology: Translation and comments on Pío del Río-Hortega 1919 series of papers
on microglia.  , 1801-1840,
doi:10.1002/glia.23046 (2016). et al.64



42     Musienko, P. Somatosensory control of
balance during locomotion in decerebrated cat. 
, 2072-2082, doi:10.1152/jn.00730.2011 (2012). et al.Journal of
Neurophysiology107



43     Nonnekes, J. Neurological disorders of
gait, balance and posture: a sign-based approach.  , 183-189, doi:10.1038/nrneurol.2017.178
(2018). et al.Nature Reviews Neurology14



44     Musienko, P. E. [Neuronal control of
posture and locomotion in decerebrated and spinalized animals].  , 392-405 (2013). et al.Ross Fiziol Zh Im I M
Sechenova99



45     Gill, M. L. Neuromodulation of lumbosacral
spinal networks enables independent stepping after complete paraplegia. ,
doi:10.1038/s41591-018-0175-7 (2018). et al.Nature Medicine



46     Kim, Y. A bioinspired flexible organic
artificial afferent nerve.  , 998-1003,
doi:10.1126/science.aao0098 %J Science (2018). et al.360



47     Vu, P. P. A regenerative peripheral nerve
interface allows real-time control of an artificial hand in upper limb
amputees.  , eaay2857,
doi:10.1126/scitranslmed.aay2857 %J Science Translational Medicine (2020). et
al.12



48     Vachicouras, N. Microstructured thin-film
electrode technology enables proof of concept of scalable, soft auditory
brainstem implants.  , eaax9487,
doi:10.1126/scitranslmed.aax9487 %J Science Translational Medicine (2019). et
al.11



49     Borton, D. Corticospinal neuroprostheses
to restore locomotion after spinal cord injury. 
, 21-29, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.neures.2013.10.001 (2014). et
al.Neuroscience Research78



50     Athanasiadis, M., Pak, A., Afanasenkau, D.
& Minev, I. R. Direct Writing of Elastic Fibers with Optical, Electrical,
and Microfluidic Functionality.  ,
1800659, doi:10.1002/admt.201800659 (2019).Advanced Materials Technologies4



51     Hudak, E. M., Mortimer, J. T. &
Martin, H. B. Platinum for neural stimulation: voltammetry considerations.  , 026005 (2010).Journal of Neural Engineering7



52     Whelan, P. J. CONTROL OF LOCOMOTION IN THE
DECEREBRATE CAT.  , 481-515,
doi:https://doi.org/10.1016/0301-0082(96)00028-7 (1996).Progress in
Neurobiology49



53     Shik, M. L. & Orlovsky, G. N.
Neurophysiology of locomotor automatism. 
, 465-501, doi:10.1152/physrev.1976.56.3.465 (1976).Physiological
Reviews56



54     Mori, S., Kawahara, K., Sakamoto, T.,
Aoki, M. & Tomiyama, T. Setting and resetting of level of postural muscle
tone in decerebrate cat by stimulation of brain stem.  , 737-748, doi:10.1152/jn.1982.48.3.737
(1982).Journal of Neurophysiology48



55     Iwahara, T., Atsuta, Y., Garcia-Rill, E.
& Skinner, R. D. Spinal cord stimulation-induced locomotion in the adult
cat.  , 99-105,
doi:https://doi.org/10.1016/0361-9230(92)90235-P (1992).Brain Research
Bulletin28



 



56     Gerasimenko, Y. P. Formation of locomotor
patterns in decerebrate cats in conditions of epidural stimulation of the
spinal cord.  , 291-298,
doi:10.1007/s11055-005-0059-4 (2005). et al.Neuroscience and Behavioral
Physiology35



57     Merkulyeva, N. Activation of the spinal
neuronal network responsible for visceral control during locomotion.  , 112986,
doi:https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2019.112986 (2019). et al.Experimental
Neurology320



58     Kruse, M. N. & de Groat, W. C. Spinal
pathways mediate coordinated bladder/urethral sphincter activity during reflex
micturition in decerebrate and spinalized neonatal rats. , 141-144, doi:https://doi.org/10.1016/0304-3940(93)90503-D
(1993).Neuroscience Letters152



59     Shefchyk, S. J. & Buss, R. R. Urethral
pudendal afferent-evoked bladder and sphincter reflexes in decerebrate and
acute spinal cats.  , 137-140,
doi:https://doi.org/10.1016/S0304-3940(98)00155-4 (1998).Neuroscience
Letters244



60     Gerasimenko, Y. Propriospinal Bypass of
the Serotonergic System That Can Facilitate Stepping.  , 5681-5689,
doi:10.1523/jneurosci.6058-08.2009 (2009). et al.The Journal of Neuroscience29



61     Westerfield, M. The Zebrafish Book : A
Guide for the Laboratory Use of Zebrafish. 
(2000).http://zfin.org/zf_info/zfbook/zfbk.html



62     Martins, T., Valentim, A. M., Pereira, N.
& Antunes, L. M. Anaesthesia and analgesia in laboratory adult zebrafish: a
question of refinement.  , 476-488,
doi:10.1177/0023677216670686 (2016).Laboratory Animals50



63     Capogrosso, M. Configuration of electrical
spinal cord stimulation through real-time processing of gait kinematics.  , 2031-2061, doi:10.1038/s41596-018-0030-9
(2018). et al.Nature Protocols13



64     Jorfi, M., Skousen, J. L., Weder, C. &
Capadona, J. R. Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes
for neural interfacing applications.  ,
011001, doi:10.1088/1741-2560/12/1/011001 (2014).Journal of Neural
Engineering12



65     Kirik, O. V., Sukhorukova, E. G. &
Korzhevskiĭ, D. E. Calcium-binding Iba-1/AIF-1 protein in rat brain cells.  , 5-8 (2010).Morfologiia137



66     Schindelin, J. Fiji: an open-source
platform for biological-image analysis. , 676, doi:10.1038/nmeth.2019 et
al.Nature Methods9



https://www.nature.com/articles/nmeth.2019#supplementary-information
(2012).



67     Kreutzberg, G. W. Microglia: a sensor for
pathological events in the CNS.  ,
312-318, doi:https://doi.org/10.1016/0166-2236(96)10049-7 (1996).Trends in
Neurosciences19



68     Refolo, V. & Stefanova, N.
Neuroinflammation and Glial Phenotypic Changes in Alpha-Synucleinopathies.  , doi:10.3389/fncel.2019.00263 (2019).13



69     Pistohl, T., Schulze-Bonhage, A., Aertsen,
A., Mehring, C. & Ball, T. Decoding natural grasp types from human
ECoG.  , 248-260,
doi:https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.06.084 (2012).NeuroImage59



 



 



Key findings for the stage (summarized)

Нервно-мышечные интерфейсы необходимы для трансляции биоэлектронных технологий в клиническую медицину. В ходе работы 2-го этапа проекта мы показали, что быстрая печать мягких биосовместимых материалов возможна благодаря роботизированному нанесению маловязких проводящих чернил струйным принтером, экструзии изолирующих силиконовых паст и активации поверхностей электродов плазмой, и может быть использована для создания прототипов индивидуальных наборов электродов, адаптированных к конкретным анатомическим условиям, функциям и экспериментальным моделям. Печатные биоэлектронные интерфейсы обеспечивают долгосрочную интеграцию и функциональную стабильность, что было показано при помощи мониторинга и активации нейронных путей в головном и спинном мозге, а также в нервно-мышечной системе у кошек, крыс и рыб Danio Rerio. Эта технология может позволить персонализировать биоэлектронику для нейропротезирования. В другом направлении работ лаборатории продолжались нейрофизиологические, нейроморфологические и нейрофармакологические исследования, в которых изучались нейронных сети спинного и головного мозга, особенности их работы в норме и патологии. По результатам исследований в 2020 г. лабораторией опубликовано 22 статьи с общим IF=67, подготовлена и подана заявка на изобретение в ФИПС.

Academic ownership of participants (text description)

1.Мусиенко Павел Евгеньевич - руководитель проекта; да
2.Баженова Елена Юрьевна - участие в экспериментах, помощь по уходу за животными; да
3.Баршутина Мария Николаевна – постдок, проведение работ по материаловедческому направлению; да
4.Владимирова Елена Николаевна –административная и организационная работа, проведения научно-технических и экономических расчетов, составления планов, хозяйственных договоров, сметы затрат; да
5.Горский Олег Владимирович - руководство биотехническим направлением работ, техническая поддержка по всем экспериментальным исследованиям; да
6. Горяинова Анастасия Вячеславовна - лаборант, обработка и анализ результатов исследований, да
7.Калинина Дарья Сергеевна - постдок, проведение поведенческих экспериментов; да
8.Меркульева Наталья Сергеевна – анализ данных, участие в написании статей; да
9.Павлова Наталья Владимировна – постдок, участие в экспериментах, экспериментальная хирургия; да
10.Сысоев Юрий Игоревич - участие в экспериментах, анализ данных, написание статей; да
11.Шапкова Елена Юрьевна – проведение клинических исследований, анализ данных; да
12. Шкорбатова Полина Юрьевна - участие в экспериментах, анализ данных, написание статей; да


Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

Не разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

Разрешается
Short titleGZ-2020
AcronymITBM_2019 - 2
StatusFinished
Effective start/end date1/01/2031/12/20

ID: 51134206