Научная группа химико-биологического института

Проекты:

ПРОЕКТ: РАЗРАБОТКА ТЕСТ-СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕКВЕНИРОВАНИЯ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИАГНОСТИКИ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ПАТОЛОГИЙ
Состав:

Руководитель: И.О. Мазунин IMazunin@kantiana.ru

К.Е. Орищенко; Ю.А. Королева; Ю.К. Софронова, Е.С. Мелащенко, О.И. Можей, Е.Г. Чупахин

Цели:

Разработка тест-системы на основе пиросеквенирования для детекции и количественного определения уровня гетероплазмии основных патогенных мутаций митохондриальной ДНК.

Основанием для начал работ послужило исследование феномена, который заключается в зависимости клинических проявлений заболеваний ассоциируемых с дефектами биогенеза митохондрий от уровня гетероплазмии. Поскольку уровень гетероплазмии во многом определяет фенотипическое проявление мутации, в процессе молекулярного анализа необходимо проводить количественную оценку мутантных мтДНК. Следует заметить, что оценка уровня гетероплазмии уже включает детекцию мутации, в то время как методы детекции мутации не всегда учитывают уровень её гетероплазмии. В соответствии с современным состоянием научно-технической проблемы для ее решения применяются такие методы, как клонирование, флуоресцентная ПЦР, денатурирующая высокоразрешающая жидкостная хроматография. Пиросеквенирование на платформе Pyromark Q24 позволяет установить низкие значения уровня гетероплазмии патогенных мутаций мтДНК и является финансово более предпочтительным. Реализация проекта требует наличия станции Pyromark Q24. Подготовка библиотеки для проведения пиросеквенирования просто в исполнении и не требует дорогостоящих реагентов. Проверка эффективности работы системы детекции уровня гетероплазмии на основе пиросеквенирования требует наличия стандартов, которые представляют собой плазмидные векторы, несущие патогенную мутацию мтДНК. Далее, система должна быть апробирована на «реальных образцах» больных митохондриальными заболеваниями, мутации в мтДНК которых были детектированы другими, более «грубыми» методами, такими как ПДРФ анализ или капиллярное секвенирование. Независимым применением разрабатываемой технологии является использование ее для оценки эффективности системы редактирования мтДНК. В частности, оценка уровня гетероплазмии до использования системы редактирования и после ее использования, покажет эффективность процесса элиминации мутантные варианты митохондриального генома. 

ПРОЕКТ: «РАЗРАБОТКА ТЕСТ-СИСТЕМ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛИЗАЦИИ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ ОСТРЫХ ЛИМФОБЛАСТНЫХ ЛЕЙКОЗОВ У ДЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ПРОТЕОМАЛИМФОБЛАСТОВ И ГЕНЕТИЧЕСКИХ ДЕТЕРМИНАНТ СИСТЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ».
Состав:

Руководитель: Бабак С.В. SBabak@kantiana.ru

А.Ю. Зюбин, А.И. Лаврова, Э. Г.Бойченко, А.Н. Панкина, В. Р. Мифтахова.

Цели:

  • Выполнение протеомного профилирования лимфобластов крови у детей с различными иммуноцитологическими субвариантами острых лимфобластных лейкозов до начала индукционной терапии.

  • Разработка методов идентификации протеомных маркеров, влияющих на выбор персонифицированной лекарственной терапии острых лимфобластных лейкозов у детей.

  • Определение значимых однонуклеотидных мутаций, влияющих на эффективность и безопасность лекарственной терапии острых лимфобластных лейкозов у детей.

  • Разработка тест-систем для индивидуализации лекарственной терапии острых лейкозов у детей на основе определения протеомных маркеров и однонуклеотидных мутаций в клинических образцах.

Несмотря на то, что за последние десятилетия многими научными группами были предприняты попытки сравнительного транскриптомного анализа различных опухолей, четкой корреляционной связи между канцерогенезом и экспрессией мРНК не было выявлено. Было выдвинуто предположение, что изменения посттрансляционно модифицированных протеинов более информативны, чем мРНК. Для разработки потенциальных молекулярных маркеров необходимо выявление белков, содержание которых значительно повышается в костном мозге, лимфоузлах и периферической крови при заболевании и значимо изменяется при проведении ПХТ. Идентификация информативных белковых молекул, как кандидатов в маркеры прогнозирования ответа организма на лечение, позволит определить алгоритм индивидуального подхода к выбору протокола и режима ПХТ.

ПРОЕКТ: «РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ БЕСПРОВОДНОЙ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ МЕТОДА ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФИИ»
Состав:

Руководитель: Патрушев М.В. maxpatrushev@gmail.com

Шушарина Н.Н.; Касымов В.А.; Богданов Е.А.; Белоусов А.К.; Ботман С.А.; Борчевкин Д..; Петров В.А.; Буланов С.С.; Мытник И.В.; Сапунов В.В.; Силина Е.В.; Камалтынов А.С.

Цели:

Создание научно-технического задела в области дистанционной медицины для своевременного выявления и купирования заболеваний сердечно-сосудистой системы путем дистанционного мониторинга основных физиологических показателей человека. В рамках проекта будет разработан программно-аппаратный комплекс для дистанционной беспроводной диагностики функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека на основе метода фотоплетизмографии. При этом планируется решение задач по определению признаков сердечно-сосудистых заболеваний в потоке данных, снимаемых устройством контроля физиологических показателей человека в режиме реального времени, и повышению точности диагностики болезней сердечно-сосудистой системы.

В связи с интенсивным развитием научно-технологической платформы современного общества система здравоохранения становится более развитой и профессиональной. Наблюдается тенденция к переходу от обычной стационарной системы диагностики и лечения на базе клиники к индивидуальным системам мониторинга заболеваний различной природы. Этот тренд еще в большей степени проявится в ближайшие годы, поскольку наблюдается глобальное старение популяции. В целях децентрализации текущей нагрузки системы общественного здравоохранения и содействия популярности периодической самостоятельной проверки состояния здоровья, высокой степенью значимости обладают технические решения в области удаленной диагностики состояния организма человека в сочетании с легкостью использования.

Для решения проблем своевременной и быстрой поддержки пациентов с сердечно-сосудистых заболеваниями, наиболее распространенными среди населения, могут стать портативные устройства для индивидуального амбулаторного мониторинга. В настоящее время стандартной процедурой для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний является мониторинг с помощью электрокардиографии, но снятие электрокардиограммы достаточно трудоемкий процесс для нетренированного медицинского персонала, не говоря о долговременном мониторинге без существенного вмешательства в обычную жизнь.

По итогам исследований, проведенных многими научными группами, показано, что метод ФПГ может быть приемлемым компромиссом для индивидуального ежедневного мониторинга состояния ССС. Достоинствами метода ФПГ являются: удобство исследования сосудистых реакций на плоских участках тела; возможность работы в условиях повышенной влажности и сильных электромагнитных полей; отсутствие электродных контактов с живой тканью и электрических воздействий на исследуемый биологический объект; простота стерилизации и удобство крепления датчиков, оказывающих малое влияние на кровоснабжение тканей, что важно при длительном мониторинге физиологических и гемодинамических показателей человека. Это один из неинвазивных методов измерения изменения объема крови в кровеносном сосуде, с помощью которого состояние сердечной деятельности может оцениваться путем измерения вариабельности сердечного ритма. В общем случае, регистрирующий прибор для долговременного мониторинга на основе метода ФПГ легок в размещении и может отслеживать несколько физиологических параметров человека, таких как частота сердечных сокращений, характеристики пульсовой волны, уровень кислорода в крови, дыхании и т.д.

ПРОЕКТ: «РАЗРАБОТКА ОПТО- И ХЕМОГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ И КОРРЕКЦИИ НАРУШЕНИЯ НЕЙРОГЕНЕЗА»
Состав:

Руководитель: Касымов В.А. VKasymov@kantiana.ru

Патрушев М.В.;. Шушарина Н.Н.; Доминова И.Н.; Богданов Е.А.; Тучина О.П.; Патрушева В.Е.; Васильев А.А.; Филякова Н.А.; Сотников Е.Б.

Цели:

Проект направлен на раскрытие фундаментальных механизмов астроцитарной регуляций нейрональной функции в одном из важнейших регуляторных процессов, осуществляемом ЦНС – контроле нейрогенеза во взрослом мозге. Будут получены основополагающие данные, которые в последствии будут способствовать разработке методов профилактики и  коррекции огромного круга болезней, в основе которых лежат метаболические нарушения и нейродегенерация.

Огромное количество исследований посвящено определению роли нейронов в функционировании головного в мозга, как в норме, так и при различных патологиях. В то же время, нейроны являются не единственными участниками процессов в центральной и периферической нервной системах. Сегодня остается все меньше сомнений в том факте, что наряду с нейронами,  астроциты являются главными глиальными модификаторами нейрональной активности, выполняющие различные функции

Потребовалось более 30-ти лет развития молекулярно-генетических технологий для достижения такого научно-технологического уровня, при котором стало возможным создание и применение опто- и хемогенетических подходов, основанных на комбинации методов генетического, оптического и химического контроля строго определенных событий, происходящих в заданных клетках-мишенях, с миллисекундным масштабом точности синхронизации. Опто- и хемогенетические подходы обладают огромным потенциалом применения, как в научных исследованиях, так и в медицине, так как индукция или подавление отдельных сигнальных каскадов или их компонентов, осуществляется простым освещением или аппликацией высоко селективной молекулы-лиганда, и, что немаловажно, данное воздействие на клетку является обратимым. В связи с этим, применение родопсинов рассматривается как один из многообещающих подходов для генной терапии неврологических заболеваний. С генетической точки зрения, наиболее перспективным кажется применение аденоассоциированных (ААВ) вирусов, как векторов для доставки генов систем опто- и хемогенетического контроля в клетки головного мозга. Безопасность применения ААВ была не раз продемонстрирована, в том числе на примерах успешной генной терапии таких заболеваний как врожденный амовроз Лебера. По аналогии с этим, ААВ может быть «нагружен» родопсинами (активируемые светом определенной длины волны) или DREADDs (designer receptors exclusively activated by designer drugs, рецепторы Gi, Gi и Gs типов ), для терапии заболеваний.

Одной из основных проблем современного общества являются нейродегенеративные и психические расстройства, зачастую возникающие из-за нарушений процессов нейргенерации. Предполагается, что внедрение DREADDs, действующих по ингибиторному типу, в астроциты латерального ядра гиптоламуса, будет способствовать изменению активности пулов нейрональных стволовых клетк, в результате чего будет наблюдаться эффект повышенной частоты генераций нейронов и клеток глии. Следует отметить, что технология DREADDs подразумевает удаленное управление функцией, т.е. при выведении синтетического лиганда эффект будет снят до введения новой дозы.

Технологии DREADDs являются новейшим неинвазивным инструментом для управления клеточными процессами и функцями позволяющие активировать лиюо ингибировать определенные внутриклеточные сигнальные каскады как in vitro так и in vivo на бодрствующих животных.

ПРОЕКТ: «РАЗРАБОТКА МЕТОДА ГЕННОЙ ТЕРАПИИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ НЕЙРОПАТИИ ЛЕБЕРА»
Состав:

Руководитель: И.О. Мазунин IMazunin@kantiana.ru

К.Е. Орищенко; Ю.А. Королева; Ю.К. Софронова

Цели:

Разработка структуры генетической конструкции, кодирующей молекулярный комплекс, предназначенный для элиминации патогенной мутации m.11778G>A, ассоциированной с наследственной оптической нейропатией Лебера. Разработать метод доставки молекулярного комплекса внутрь митохондрий для непосредственного взаимодействия с митохондриальной ДНК, содержащей мутацию m.11778G>A. Разработать метод оценки эффективности действия молекулярного комплекса на митохондрии, содержащие мутацию m.11778G>A

До настоящего времени системы редактирования генома на основе нуклеазы Cas9 все еще не адаптированы для супрессии патогенных мутаций митохондриальной ДНК. Тем не менее, сайт специфические нуклеазы типа цинковых пальцев и TAL-эффекторы уже прошли этот этап и успешно себя проявили. Подобная стратегия с легкостью могла бы быть переложена на нуклеазу Cas9, используя те же либо другие сигнальные последовательности. Задача, однако, усложняется комплексностью системы CRISPR\Cas9, поскольку для ее функционирования требуется доставить в митохондрию функциональную молекулу РНК. Доставка такой РНК в митохондрии могла бы быть обеспечена слиянием с РНК молекулой, обеспечивающей ее импорт в митохондрии. Коррекция мутаций мтДНК имеющимися генно-терапевтическими подходами обычно проходит значительно труднее, чем коррекция наследственных болезней ядерной этиологии. Разработанные к настоящему времени методы доставки РНК, однако, сложно сравнить по эффективности в силу использования различных стратегий и выбранной модельной системы.

В представленной работе для доставки нуклеазы Cas9 в митохондрию используется пептид для импорта белка. Для доставки РНК – шпилечная структура от РНКазы Р. Визуализация компонентов системы будет осуществляться с помощью флуоресцентной микроскопии. Сборка конечной структуры генетической конструкции была осуществлена с использованием современных методов бесшовного клонирования. Каждый из составных блоков был получен путем фосфорамидитного метода синтеза с последующей сборкой по Гибсону. Между собой составные блоки объединялись с помощью реагента для специфического вырезания урацила. Правильность сборки генетической конструкции поверяли методом капиллярного секвенирования. Доставляли генетическую конструкцию в клетки с помощью липофильных агентов.

К настоящему моменту представляется очевидным, что исследования структуры мтДНК и разработка способов супрессии ее мутаций имеют огромное фундаментальное и прикладное значение. Хотя о внедрении таких способов в клиническую практику речь еще не идет, в последние годы наблюдается значительный прогресс в данной области, сопровождающийся все растущим интересом научного сообщества к этой тематике. Таким образом, можно надеяться, что через какое-то время генно-терапевтические способы лечения митохондриальных болезней все же найдут свое применение на практике

ПРОЕКТ: «РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ МОЗГ-МАШИННОГО ИНТЕРФЕЙСА НА ОСНОВЕ БИОМЕТРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ И МУЛЬТИМОДАЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА НЕЙРОЭЛЕКТРОННЫМИ СИСТЕМАМИ И ЭКЗОСКЕЛЕТНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ, ВОСПОЛНЯЮЩИМИ И ДОПОЛНЯЮЩИМИ ДВИГАТЕ
Состав:

Руководитель: Шушарина Н.Н. NSHusharina@kantiana.ru

Патрушев М.В.; Касымов В.А.; Богданов Е.А.; Белоусов А.К.; Ботман С.А.; Борчевкин Д.А.; Петров В.А.; Сапунов В.В.; Силина Е.В.; Камалтынов А.С.

Цели:

Разработка и создание портативного беспроводного телеметрического устройства, предназначенного для регистрации электрофизиологических  и биометрических параметров с целью создания мозг-компьютерного интерфейса для передачи целевых команд механическому устройству в виде экзоскелета, предназначенного для замещения и восполнения утраченных двигательных функций, с целью увеличения продолжительности и качества жизни населения, и обеспечения экспортного потенциала и замещения импорта. Для достижения поставленной цели будет разработан и создан экспериментальный образец устройства для распознавания электрофизиологических сигналов и передачи на экзоскелетные конструкции, и специализированное программное обеспечение для устройства, предназначенного для получения и преобразования электрофизиологических сигналов в аппаратные команды, передаваемые на экзоскелет.

Создаваемые в настоящее время роботизированные системы для человека предназначены, прежде всего, для решения повседневных задач. Примером таких устройств могут быть носимые экзоскелеты, восполняющие двигательные функции человеческого тела, составные части которого соответствуют конечностям и выполняют их кинематические задачи. Данные технологические решения применяются повсеместно в различных отраслях и используются для усиления физических возможностей, исследования нейромоторного контроля, а также в реабилитационных целях. Последнее поколение интерфейсов экзоскелетов основано на снятии ЭЭГ-сигнала и впервые было продемонстрировано в 2001 году. Сегодня такие интерфейсы, в основном, используются в медицинских целях для людей с параличом нижних конечностей или слабостью при ходьбе. Так же они могут быть использованы при различных видах неврологических заболеваний, таких как инсульт, рассеянный склероз, боковой амиотрофический склероз и болезнь Паркинсона.

На сегодняшний день в России и странах СНГ доступен лишь один вид устройства для помощи людям с повреждением спинного мозга или другими тяжелыми нарушениями двигательной системы — инвалидная коляска. Они применяются уже много лет, хоть и накладывают существенные ограничения на движение пациента. Экзоскелеты являются альтернативным способом реабилитации пациентов, а мозг-компьютерный интерфейс является более удобным и прямым методом передачи команд механическому устройству. 
ПРОЕКТ: «РАЗРАБОТКА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЭКЗОЦИТОЗА»
Состав:

Руководитель: Касымов В.А. VKasymov@kantiana.ru

Патрушев М.В.;. Шушарина Н.Н.; Доминова И.Н.; Богданов Е.А.; Тучина О.П.; Патрушева В.Е.; Васильев А.А.; Филякова Н.А.; Сотников Е.Б.

Цели:

Создание методик на основе функциональных и/или генетических конструкций для контроля экзоцитоза, на основе модификации везикул астроцитов головного мозга, для создания нового типа терапии нейродегенеративных заболеваний.

В рамках проекта разрабатывается система контроля везикулярного транспорта астроцитов для возмижного ее применения в коррекции нейродегенеративных заболеваний. Для решения поставленных задач будут использованы современные методы синтетической биологии, направленные на создание функциональных генетических конструкций, обеспечивающих системное изменение фенотипа клеток.

Одной из основных задач нейробиологии является выяснение механизмов, лежащих в основе передачи информации с одной нервной клетки на другую. В настоящее время всеобщее признание получила везикулярная гипотеза освобождения нейротрансмиттера, по которой передача информации от одной клетки мозга к другой происходит за счет химического агента -  нейротрансмиттера, который концентрируется в везикулах и выделяется из них посредством экзоцитоза.

Везикулярный транспорт нейротрасмиттеров и сигнальных молекул, является одним из основных механизмов межклеточных коммуникаций и трансдукции сигнала в головном мозге. В основе нейродегенеративных процессов, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, лежит аксональная патология, которая в большинстве случаев, опосредуется изменениями нейротрансмиттерного профиля.  Качественно-количественный дисбаланс нейротрансмиттеров оказывает негативное влияние на аксональный транспорт, вследствие чего происходит «патологическое репрограммирование» нейронов. Участниками патогенеза всегда являются нейроны и клетки глии. Астроциты (астроглия), как основной элемент глии, выполняют большинство функций «внешнего обеспечения» нейронов. В связи с этим, наличие, динамика и глубина любого патогенетического процесса, локализованного в головном мозге, прямо зависит от функциональности астроцитов.

На сегодняшний день мы имеем ограниченные знания механизмов патогенеза неврологических и метаболических болезней головного мозга, что негативно сказывается на темпах разработок новых методов лечения заболеваний ЦНС. Очевидно, что это обусловлено чрезвычайной сложностью строения нервной системы в целом, и головного мозга в особенности. Из-за чрезвычайно сложных межклеточных и межмолекулярных взаимодействий, имеющих место в головном мозге, до сих пор не достигнуто достаточной глубины понимания моделей функционирования отдельных составляющих этой комплексной системы, того, что в конечном счете приводит к таким явлениям, как эмоции и память. Кроме того, мы также не знаем молекулярной этиологии таких заболеваний как, например, депрессия и шизофрения. Потребовалось более 30-ти лет развития молекулярно-генетических технологий для достижения такого научно-технологического уровня, при котором стало возможным создание и применение опто- и хемогенетических подходов, основанных на комбинации методов генетического, оптического и химического контроля строго определенных событий, происходящих в заданных клетках-мишенях с миллисекундным масштабом точности синхронизации. Опто- и хемогенетические подходы обладают огромным потенциалом применения, как в научных исследованиях, так и в медицине, так как индукция или подавление отдельных сигнальных каскадов или их компонентов осуществляется простым освещением или аппликацией высоко селективной молекулы-лиганда, и, что немаловажно, данное воздействие на клетку является обратимым.

Проект направлен на: (i) исследование функциональных взаимодействий астроглиальных клеток  и нейронов в различных регионах головного мозга, в норме и при патологиях; (ii) определение клеток-источников нейротрансмиттеров и сигнальных молекул, принимающих участие в регуляции количества их выброса, в различных участках головного мозга; (iii) создание новых инструментов для точного контроля клеточных функций in vitro и in vivo через активацию или ингибирование внутриклеточных сигнальных путей, с использованием опто- и хемогенетических подходов (модифицированные свето- или хемочувствительные ионные каналы, протонные помпы, альфа и бета адренорецепторы, G-белок связывающие рецепторы q-типа, активируемых специфическими препаратами); и (iv) разработку новых подходов для точного контроля функций головного мозга через генетическую модификацию и регуляцию целевых клеточных популяций. В целом, исследование направлено на разработку новых терапевтических стратегий, направленных на компенсацию утраченных функций головного мозга.

Главная страница