Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Лаборатория клеточной физиологии и патологии научно-технологического центра биомедицинской фотоники (10)

Абрамов Андрей Юрьевич Россия, Великобритания
Номер договора
075-15-2024-621
Период реализации проекта
2024-2028
Общая информация

Название проекта:

Механизм нейродегенерации: древняя молекула как необходимый элемент физиологии и патологии клеток мозга

Цели и задачи

Цель проекта:

Изучение патогенеза и механизма гибели нейронов в основных нейродегенеративных заболеваниях, роли неорганического полифосфата в нейрональной и астроцитарной сигнализации, идентификация вовлеченности полифосфата в молекулярные и клеточные механизмы патологии при нейродегенеративных заболеваниях, а также исследование потенциала его модуляции и применения в фармацевтике и биоинженерии.

Задачи проекта:

  • 2024 год
    1. Определение причин изменения уровня полифосфата в наследственных формах, а также в токсических моделях нейродегенеративных заболеваний.
    2. Разработка метода оценки степени вклада флавинадениндинуклеотида (ФАД++), входящего в состав различных флавопротеинов, в общий пул автофлуоресценции ФАД++ in vitro (на интактных митохондриях, здоровых фибробластах, смешанной нейрон-глиальной культуре и на клеточных культурах – моделях нейродегенеративных заболеваний) с использованием митохондриальных субстратов, ингибиторов комплексов электрон-транспортной цепи митохондрий, а также ингибиторов флавиновых ферментов (в частности, МАО).

  • 2025 год

    1. Обнаружение, исследование локализации и количественный анализ специфических ферментов, обеспечивающих синтез АТФ за счет полифосфата.
    2. Исследование условий активации, а также особенностей ферментативной кинетики полифосфат-зависимого синтеза АТФ на уровне изолированных ферментов, интактных митохондрий, а также в митохондрий пермеабилизованных и интактных клеток.
    3. Разработка метода оценки степени вклада ФАД++, входящего в состав различных флавопротеинов, в общий пул автофлуоресценции ФАД++ при исследовании острых срезов головного мозга здоровых животных и животных токсических моделей нейродегенеративных заболеваний (в частности, болезни Паркинсона ) с использованием митохондриальных субстратов, ингибиторов комплексов электрон-транспортной цепи митохондрий, а также ингибиторов флавиновых ферментов (в частности, МАО).

  • 2026 год

    1. Изучение эффектов внеклеточного и внутриклеточного полифосфата на стимулированный дофамином, глутаматом и другими нейромедиаторами сигнал в контрольных клетках и клеточных моделях нейродегенеративных заболеваний.
    2. Исследование роли полифосфата в открытии mPTP в клеточных моделях нейродегенеративных заболеваний.
    3. Разработка метода дифференциации сигнала митохондриального ФАД++ между возможными источниками при реализации исследований in vivo без применения субстратов и ингибиторов.

  • 2027 год

    1. Определение потенциального взаимодействия полифосфата и α-синуклеина, β-амилоида или белка тау при нейродегенеративных заболеваниях.
    2. Установление возможного защитного эффекта модуляции уровня полифосфата против нейродегенерации при нейродегенеративных заболеваниях.

  • 2028 год

    1. Изучение роли полифосфат-зависимого синтеза АТФ при реализации энергопотребляющих процессов, а также в условиях гипоксии/аноксии.
    2. Исследование перспектив применения полифосфата в составе ранозаживляющих изделий, а также в качестве основы или компонента композиционного материала для 3D-печати или 3D-биопечати в решении задач биоинженерии тканей и органов.

Практическое значение исследования


Планируемые результаты проекта:

  • 2024 год

    1. клеточные культуры (здоровые фибробласты, смешанная нейрон-глиальная культура) с увеличенным или сниженным (при трансфекции плазмидами, кодирующими РРК или РРХ) содержанием полифосфата;
    2. данные о связи между уровнем ΔΨm, автофлуоресценцией митохондриальных никотинамидадениндинуклеотида (НАДН), ФАД++, а также скоростью поглощения кислорода и синтеза АТФ в клеточных культурах с изменением содержания полифосфата;
    3. данные об уровнях НАДН и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН), восстановленного глутатиона, активность НАД-киназ в исследуемых клеточных моделях с различным содержанием полифосфата;
    4. данные о влиянии изменения уровня полифосфата в клеточных моделях нейродегенеративных заболеванийс мутациями, приводящими к нарушению процессов утилизации дефектных митохондрий (мутации в гене PINK1), на функции киназ и связанные с ними параметрами функционирования митохондрий – работу Na+/Са++-обменника, колокализацию митохондрий и лизосом;
    5. метод оценки вклада ФАД++, входящего в состав различных флавопротеинов в общий пул автофлуоресценции ФАД++ на уровне интактных митохондрий, на клеточном уровне в здоровых фибробластах, смешанной нейрон-глиальной культуре и на клеточных культурах – моделях нейродегенеративных заболеваний.

  • 2025 год

    1. данные об изменении уровня АТФ в пермеабилизованных клетках в условиях ингибирования ферментов, возможно отвечающих за полифосфат-зависимый синтез АТФ, а также о характере изменения уровня АТФ в клетках с различным уровнем гликолитической активности в ответ на введение в среду полифосфата;
    2. конфокальные изображения используемых в работе клеточных культур, окрашенных специфичными к различным органеллам флуоресцентными зондами, а также мечеными антителами к выявленным ферментам;
    3. результаты вестерн-блоттинга лизатов клеток с использованием антител к выявленным ферментам;
    4. результаты ПЦР анализа уровня мРНК выявленных ферментов;
    5. данные о скорости полифосфат-стимулированного синтеза АТФ при различных условиях, параметры ферментативной кинетики;
    6. данные о скорости изменения уровня полифосфата и АТФ в интактных астроцитах и нейронах при различных вариантах ингибирования путей синтеза АТФ;
    7. метод оценки вклада активности флавопротеинов (ФАД++, МАО) в общий пул автофлуоресценции ФАД++ на тканевом уровне в острых срезах головного мозга здоровых мышей и мышей токсических моделей нейродегенеративных заболеваний (в частности, болезни Паркинсона).

  • 2026 год

    1. данные о кинетике слияния синаптических везикул с пресинаптической мембраной, а также изменения цитозольного кальция в ответ на внешние стимулы для клеток-моделей болезни Паркинсонас разным уровнем полифосфата, а также при обработке экзогенным полифосфатом;
    2. данные о характере развития кальциевой сигнализации на генетических и токсических моделях таупатий при стимулировании при различных уровнях полифосфата;
    3. информация о влиянии содержания полифосфата на пороговое значение концентрации Са++, приводящее к открытию mPTP;
    4. методология дифференцированной оценки интенсивности флуоресценции ФАД++, входящего в состав разных флавопротеинов, на основе различий, обусловленных особенностями времени жизни флуоресценции кофермента.

  • 2027 год

    1. данные о скорости и характере олигомеризации α-синуклеина, фосфорилированного тау и β-амилоида во внеклеточной среде при различном содержании полифосфата (с использованием полимера разной молекулярной массы);
    2. данные in vitro олигомеризации (скорости и характера образующихся структур) α-синуклеина в клеточных моделях болезни Паркинсона с различным уровнем полифосфата;
    3. данные о влиянии изменения содержания внутриклеточного полифосфата на жизнеспособность клеточных моделей нейродегенеративных заболеваний, а также характер развивающейся клеточной гибели (апоптотической или некротической) без и после внешнего стимулирования (за счет дофамина, глутамата и других нейромедиаторов).

  • 2028 год

    1. сравнительные данные об уровне и скорости образования и потребления АТФ в нейрон-глиальных культурах при моделировании гипоксии, а также стимулировании кальциевого сигнала при модулировании «классических» путей, а также полифосфат-зависимого синтеза АТФ;
    2. результаты определения уровня некротической и апоптотической клеточной гибели при ограничении окислительного фосфорилирования путем депривации кислорода или активации энергозатратных процессов в условиях моделирования полифосфат-ассоциированного синтеза АТФ;
    3. уровень метаболической активности, созревания, жизнеспособности и морфологии разрабатываемых искусственных тканей на полифосфат-содержащем скаффолде;
    4. данные об эффективности заживления различных повреждений кожных покровов лабораторных животных с применением пластыря/перевязочных материалов с полифосфатом на основе исследований с применением оценки перфузии тканей кровью, тканевой сатурации и нормированной амплитуды флуоресценции НАДН;
    5. объемные структуры с активно пролиферирующими модельными клетками, полученные методом биопечати, с определением скорости пролиферации, а также метаболического статуса клеток.

Обеспечение функционирования системы здравоохранения является одним из приоритетов государственной политики РФ (по прогнозам, объем расходов федерального бюджета на здравоохранение в 2024 г. составит 1,62 трлн руб. (4,6% от всего объема планируемых расходов). В рамках нацпроекта «Здравоохранение» затраты составят 289,9 млрд руб., а в рамках госпрограммы «Развитие здравоохранения» в 2024-2026 гг. – не менее 3,99 трлн руб.). Необходимо отметить, что нейродегенеративные заболевания формируют серьезную нагрузку и на другие отрасли социальной сферы, связанные с поддержкой людей, затронутых данными патологиями. В связи с этим планируемые в рамках проекта исследования, в ходе которых будут не только получены новые фундаментальные знания о механизмах нейродегенераций, но и получит развитие понимание природных механизмов нейропротекции, а также будут обнаружены перспективные фармакологические мишени, могут сформировать основу для разработки и внедрения отечественных препаратов на основе физиологически активных веществ для коррекции состояния или полного восстановления функций головного мозга пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, большинство из которых неизлечимы на сегодняшний день.

Планируемое к реализации исследование соответствует приоритетным направлениям проектов технологического суверенитета и проектов структурной адаптации экономики Российской Федерации, утвержденным Постановлением Правительства РФ № 603 от 15.04.2023 г., а именно направлению «медицинская промышленность» в части производства материалов, перевязочных и аналогичных изделий, в том числе покрытых лекарственными средствами. Использование уникального потенциала полифосфата может обеспечить создание материалов с высокой эффективностью регенерации тканей, сокращающей как время восстановления, так и страдания пациентов, а также позволяющей избежать негативных побочных эффектов.

Скрыть Показать полностью
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Медицинские биотехнологии

Томск

Волынский Алексей Александрович

США, Россия

Марченко Екатерина Сергеевна

Россия

2021-2023

Лаборатория омиксных технологий и больших данных для персонализированной медицины и здоровья

Сколковский институт науки и технологий - (Сколтех)

Медицинские биотехнологии

Москва

Борхерс Кристоф Германн

Германия

2019-2023

Лаборатория молекулярного имиджинга

Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН - (ФИЦ Биотехнологии РАН)

Медицинские биотехнологии

Москва

Богданов Алексей Алексеевич

США, Россия

Жердева Виктория Вячеславовна

Россия

2018-2020