Fundamental and applied research of the Institute of Cluster Oncology named after L.L. Levshin on the development of methods for the treatment of diseases of the head and neck
Authors: Reshetov I.V. , Romanko Yu.S. 
Published: December 2024

Institute of Cluster Oncology named after L.L. Levshin of the First Moscow State Medical University (Institute) is the assignee of the first oncological Institute in Europe – Institute named after Morozov for the Treatment of Tumors of the Imperial Moscow University. Currently, the Institute is a university experimental - clinical cluster, which conducts multilateral research in the field of biology and medicine. The publication is an overview of the main results of the Institute as part of the implementation of work on the state assignment in 2020–2021. In the field of experimental and clinical development of new methods for the treatment of various diseases of the head and neck. So, within the state task, a study was conducted that demonstrated the high efficiency of replacing jaw defects using 3D printing and the feasibility of further clinical research in this direction. A study was made of cancer biomarkers derived from the tumor tissue microenvironment (TME), with particular attention to the extracellular matrix (ECM) and its products of activity and degradation. ECM-associated extracellular vesicles, ECM biomechanical characteristics, and ECM-derived biomarkers predictive of response to immunotherapy were studied. ECM has been shown to be a critical factor in malignant tumors. It is recommended that ECM-derived biomarkers be included in diagnostic and prognostic marker panels in the clinic. It is shown that the use of modern systems of THz spectroscopy and visualization opens up new possibilities in the label-free diagnosis of tumors, the treatment of cancer and inflammatory diseases. Models have been developed to fully describe the interaction of a THz wave with human brain tissues within the framework of classical electrodynamics, which is important for future research in the field of THz tumor neurodiagnosis. The need for a systematic study of various modes of THz irradiation of tissues and cells, including continuous and pulsed radiation, different powers, number and duration of exposure cycles, is emphasized. Liposomes containing MANα1-2MAN-PEG-DOPE were first tested as a nanocarrier DNA vaccine in cattle as a prophylactic against bovine herpes-1 (BoHV-1) infection. The proposed method increases immunogenicity and leads to long-term immunity. A dendritic cell (DC) targeting strategy has been proposed that uses a specific receptor known as DC-SIGN with its ability to bind α1,2-mannobiase, which is present at the ends of oligosaccharides in some viruses, bacteria and other pathogens. The Digital Display Precision Predictor (DDPP) algorithm is presented, aimed at identifying transcriptomic predictors of treatment outcome. Transcriptomic analysis, based on comparisons between tumor and normal tissue, compared with genomic analysis alone increased the number of patients eligible for targeted therapy by about a third. Work has been carried out to study the activation of neutrophils as an important therapeutic target in the treatment of cancer, and the use of neutrophils or neutrophil membrane vesicles as drug delivery and targeting vehicles. It has been shown that lipid-based nanocarriers can open up many opportunities to overcome the limitations of cell therapy and be used to deliver appropriate growth factors to the site of tissue damage and create conditions conducive to cell regeneration. Delivery of therapeutic agents to brain tissue is one of the most important problems in medicine. The use of transferrin, a protein, is promising for activating the surface of nanoparticles in order to direct them to the brain. An analysis was made of the use of polymer micelles in the targeted delivery of anticancer drugs, gene therapy, and diagnostic agents. The advantages of dendrimers, a unique drug delivery system, are analyzed: efficient loading of therapeutic and imaging materials, desired delivery, universal choice of the route of administration, monodisperse system, improved pharmacokinetic and pharmacodynamic profiling. Lipid nanoparticles, dynamic polyconjugates, GalNAc-siRNA conjugates, exosomes, and erythrocyte systems have been reviewed, demonstrating efficient siRNA delivery to cancer cells. The combination of salinomycin and paclitaxel delivered by a liposomal preparation modified with mAb 2C5 has been demonstrated to have high antitumor efficacy. The effectiveness of cell-penetrating peptides (CPPs) in delivering drugs and genes (siRNA, pDNA) to tumor sites to combat drug resistance was analyzed. An experimental study was made of the effectiveness of direct electrical stimulation of the posterior cricoarytenoid muscle for controlled opening of the glottis. Neurostimulation has a great potential for stimulating the human larynx. The efficiency of transplantation of parietal cells obtained from the olfactory lining of the nose of rats and humans on changing the size of post-traumatic spinal cord cysts has been established. The pathways and profiles of DNA expression in uveal melanoma have been determined, which will contribute to the creation of prognostic models that can lead to an improvement in the prognosis for patients with this disease. The effectiveness of cell-penetrating peptides (CPPs) in delivering drugs and genes (siRNA, pDNA) to tumor sites to combat drug resistance was analyzed. An experimental study was made of the effectiveness of direct electrical stimulation of the posterior cricoarytenoid muscle for controlled opening of the glottis. Neurostimulation has a great potential for stimulating the human larynx. The transplantation of ensheathing cells obtained from the olfactory lining of the nose of rats and humans was found to be effective in changing the size of post-traumatic spinal cord cysts. The pathways and profiles of DNA expression in uveal melanoma have been determined, which will contribute to the creation of prognostic models that can lead to an improvement in the prognosis for patients with this disease. The accumulation of methylene blue both in various tissues and in immune cells has been established, which indicates a potential correction of the immune response in patients with COVID-19 and a change in the macrophage phenotype, which can be achieved by deactivating inflammatory macrophages in tissues using red laser radiation. When modeling septoplasty, a change in heart rate variability, an increase in the concentration of corticosterone in the blood plasma in rats was established. As a result of a comparative analysis of the effect of septoplasty and modeling of sinus lift in rats on changes in the frequency domain of heart rate variability were established an increase in the activity of the sympathetic nervous system and a shift in metabolism under the influence of postoperative inflammation. Based on the studies, it was found that photobiomodulation therapy after septoplasty shows better results compared to the standard rehabilitation of patients after septoplasty: it helps to reduce the severity of pain and inflammatory response to surgical stress and leads to less pronounced changes in the autonomic nervous system in response to surgical stress. A separate staging system for oropharyngeal cancer associated with human papillomavirus is considered. The advantages of three-dimensional (3D) surface scanning over ultrasound during preoperative planning are shown, especially in "difficult" areas of the face. Data were obtained on the three-dimensional course of the angular artery within the nasolabial sulcus depending on age, sex and body mass index. With age, the depth and lateral distance between the arteries and sulci decreases significantly, and therefore there is no guaranteed safe place in the midface for minimally invasive procedures. The results of the study will help improve safety in minimally invasive treatments. Provided objective evidence of antagonistic skin movement between the medial and lateral midface. The functional border, identified by the 3D image, corresponds to the anatomical location of the ligament line. When studying the relationship of forehead fascial anatomy with the effectiveness of treatment with neuromodulators, it was found that the deep injection technique leads to a better result. The effectiveness of laser-induced fluorescent diagnostics and photodynamic therapy with sublingual administration of 5-ALA to patients in the treatment of precancerous lesions of the oral cavity and larynx has been demonstrated.

Публикация представляет собой обзор основных результатов Института в рамках выполнения работ по государственному заданию в 2020–2021 гг. в области экспериментальной и клинической разработки новых методов лечения различных заболеваний головы и шеи. Так, в рамках государственного задания было проведено исследование, которое продемонстрировало высокую эффективность замещения дефектов челюстей с использованием 3D-печати. Проведено исследование биомаркеров рака, полученных из микроокружения опухолевой ткани (TME), с особым вниманием к внеклеточному матриксу (ECM) и продуктам его деятельности и деградации. Изучены внеклеточные везикулы, ассоциированные с ECM, биомеханические характеристики ECM и полученные из ECM биомаркеры, прогнозирующие ответ на иммунотерапию. Показано, что использование современных систем ТГц-спектроскопии и визуализации открывает новые возможности в безметочной диагностике опухолей, терапии рака и воспалительных заболеваний. Липосомы, содержащие MANα1-2MAN-PEG-DOPE, были впервые протестированы в качестве наноносителя ДНК-вакцины на крупном рогатом скоте в качестве профилактического средства против инфекции бычьего герпеса-1. Предложена стратегия нацеливания на дендритные клетки, которая использует преимущества специфического рецептора, известного как DC-SIGN, с его способностью связывать α1,2-маннобиозу, которая присутствует на концах олигосахаридов в некоторых вирусах, бактериях и других патогенах. Представлен алгоритм Digital Display Precision Predictor (DDPP), направленный на выявление транскриптомных предикторов исхода лечения. Проведена работа по изучению активации нейтрофилов как важной мишени терапии при лечении рака, и использованию нейтрофилов или везикул нейтрофильных мембран в качестве средств доставки и нацеливания лекарственных препаратов. Показано, что наноносители на основе липидов могут открыть множество возможностей для преодоления ограничений клеточной терапии, и быть использованы для доставки соответствующих факторов роста к месту повреждения тканей и создания условий, способствующих регенерации клеток. Доставка терапевтических средств в ткани головного мозга является одной из важнейших проблем в медицине. Отмечается перспективность использования трансферрина – белка для активации поверхности наночастиц с целью направления их в головной мозг. Проведен анализ использования полимерных мицелл для адресной доставки противоопухолевых препаратов, генной терапии и диагностических агентов. Проанализированы преимущества дендримеров – уникальной системы доставки лекарств с эффективной загрузкой терапевтических и визуализирующих материалов. Были рассмотрены липидные наночастицы, динамические поликонъюгаты, конъюгаты GalNAc-siRNA, экзосомы и системы эритроцитов, продемонстрировавшие эффективную доставку миРНК в раковые клетки. Продемонстрировали высокую противоопухолевую эффективность комбинации салиномицина и паклитаксела, доставляемой липосомальным препаратом, модифицированным mAb 2C5. Проанализирована эффективность проникающих в клетку пептидов (CPP) по доставке лекарств и генов (siRNA, pDNA) к участкам опухоли для борьбы с лекарственной устойчивостью. Проведено экспериментальное изучение эффективности прямой электрической стимуляции задней перстнечерпаловидной мышцы на контролируемое открытие голосовой щели. Отмечен большой потенциал нейростимуляции для активизации гортани человека. Установлена эффективность трансплантации обкладочных клеток, полученных из обонятельной выстилки носа крыс и человека, на изменение размеров посттравматических кист спинного мозга. Определены пути и профили экспрессии ДНК при увеальной меланоме, что будет способствовать созданию прогностических моделей, которые могут привести к улучшению прогноза для пациентов с данным заболеванием. Установлено накопление метиленового синего как в различных тканях, так и в иммунных клетках, что указывает на потенциальную коррекцию иммунного ответа у больных COVID-19 и изменение в фенотипе макрофагов, которое может быть достигнуто путем дезактивации воспалительных макрофагов в тканях с использованием лазерного излучения красного спектрального диапазона. При проведении моделирования септопластики установлено изменение вариабельности сердечного ритма (ВСР), повышение концентрации кортикостерона в плазме крови у крыс. В результате сравнительного анализа влияния септопластики и моделирования синус-лифтинга у крыс на изменения в частотной области ВСР установлено повышение активности симпатической нервной системы и сдвиг обмена веществ под влиянием послеоперационного воспаления. На основании проведенных исследований установлено, что фотобиомодуляционная терапия после септопластики показывает лучшие результаты по сравнению со стандартной реабилитацией пациентов после септопластики. Рассмотрена отдельная система стадирования рака ротоглотки, связанного с вирусом папилломы человека. Показаны преимущества трехмерного (3D) поверхностного сканирования перед ультразвуковым исследованием во время предоперационного планирования, особенно в «сложных» областях лица. Получены данные о трехмерном ходе угловой артерии в пределах носогубной борозды в зависимости от возраста, пола и индекса массы тела. Предоставлены объективные доказательства антагонистического движения кожи между медиальной и латеральной средней частью лица. Функциональная граница, идентифицированная с помощью 3D-изображения, соответствует анатомическому расположению линии связок. При изучении связи фасциальной анатомии лба с эффективностью лечения нейромодуляторами установили, что техника глубокой инъекции приводит к лучшему результату. Продемонстрирована эффективность лазерно-индуцированной флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии с сублингвальным введением 5-АЛК больным при лечении предраковых поражений полости рта и гортани.