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

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.