Научная лаборатория флуоресцентного биоимиджинга

• Показаны возможности использования красных флуоресцентных белков (RFP) для изучения протекающих в организме процессов.
• Разработаны технологии наблюдения клеток и клеточной структуры с использованием RFP.
• Получены линии клеток млекопитающих, несущие ген одного из таких белков (KillerRed), который можно использовать в качестве фотосенсибилизатора для уничтожения опухолевых клеток.
• Показаны фототоксические и иммуногенные свойства KillerRed в экспериментах на животных.
• Созданы флуоресцентные сенсоры для обнаружения внутриклеточного пероксида водорода (HyPer, HyPer-2) и измерения внутриклеточного рН (SypHer-2, SypHer-Red). Разработаны методики визуализации пероксида водорода и рН в живых клетках и тканях.
• Созданы генетически-кодируемые сенсоры активности каспаз и фаз клеточного цикла на основе красных флуоресцентных белков.
• Разработаны методики анализа энергетического метаболизма живых клеток и тканей на основе регистрации флуоресценции эндогенных метаболических кофакторов НАД(Ф)Н и ФАД.
• Разработаны подходы к анализу микровязкости опухолей с помощью флуоресцентных молекулярных роторов и время-разрешенной флуоресцентной микроскопии.
• Предложены оригинальные методики получения временных клеточных культур из образцов опухолей пациентов и тестирования индивидуальной химиочувствительности.
• Продемонстрированы возможности мультипараметрической оценки ответа опухолевых клеток на химиотерапию.

Образование и переподготовка кадров:

• 7 сотрудников зарубежных фирм прошли обучение на базе Лаборатории. Среди них такие компании, как Andor Technology Ltd. (Англия), JenLab (Германия), Carl Zeiss (Германия), Perkin Elmer (США).
• Организованы 4 зарубежные стажировки сотрудников Лаборатории в международных научно-образовательных центрах: The European Molecular Biology Laboratory (Германия), Institute of Photonic Technologies, Jena, (Германия), Lund University (Швеция), National University of Ireland (Ирландия).
• Организовано 8 стажировок сотрудников Лаборатории в ведущих российских научных организациях: ИБХ РАН, ООО «ЕВРОГЕН», ООО «АНАЛИТ», Университет ИТМО, ИБР РАН, ННГУ имени Н. И. Лобачевского.
• Сформировано 5 спецкурсов для студентов 5-6 курсов, интернов и ординаторов по темам: биоинженерия, оптический биоимиджинг, флуоресцентные белки в медицине, новейшие технологии флуоресцентной микроскопии для задач биомедицины и технологии флуоресцентного биоимиджинга для задач биомедицины.
• Выполнено 8 курсовых работ по направлению научных исследований сотрудниками Лаборатории.
• Защиты: 1 докторская диссертация, 6 кандидатских диссертаций, 4 выпускные квалификационные работы бакалавра.
• Создана Школа молодых ученых по фундаментальной медицине (2016 г.) при НИИ биомедицинских технологий Нижегородской государственной медицинской академии. Занятия школы проводятся 1 раз в две недели, организуются лекции сотрудников Лаборатории и приглашенных ученых, слушатели школы участвуют в научной работе Лаборатории, выступают с докладами на молодежных конференциях.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

1. Создана инновационная лаборатория, направлением деятельности которой является проведение фундаментальных и прикладных исследований, соответствующих мировому уровню, в области изучения молекулярных основ патогенеза онкологических заболеваний, а также разработка концепций применения полученных результатов (создание современных методов диагностики и таргетного лечения) в экспериментальной и клинической медицине.
2. Организована новая научная школа под руководством ведущего ученого (С. А. Лукьянова), на базе ПИМУ (бывший НижГМА) создан новый Научно-исследовательский институт биомедицинских технологий, в котором в настоящее время работает 30 человек.

Другие результаты:

• Сотрудники Лаборатории ежегодно принимают участие в международных и всероссийских конференциях с приглашенными докладами (SPIE Photonics West, SPIE Photonics Europe, International Conference on Laser Applications in Life Sciences, Topical problems of biophotonics, FLIM workshops, Advanced Imaging Methods Workshop, CTERP International conference Translational Research in Cell Therapy, Российский онкологический конгресс, Национальный регенеративный конгресс) и в научных мероприятиях для молодых ученых, аспирантов и студентов в качестве приглашенных лекторов (школа ADFLIM, Methods of Histological Research and Imaging). За период 2010–2018 гг. сотрудниками Лаборатории сделано 45 приглашенных докладов.
• Организованы и проведены: международные конференции «Nanobiophotonics» (2011, 2013, 2015 гг.) и «Biophotonics in Cancer Research» (2017 г.) в рамках симпозиума Topical problems of biophotonics; международные научные семинары «Biophotonics in Stem Cell Research» (2017 г.), «Tumor and Stem Cells Biology», «Biophotonics (2015 г.) и Developmental Biology» (2013 г.) в рамках симпозиума «Topical problems of biophotonics»; секции «Нанотехнологии в исследовании живых систем» (2010-2014 гг.) и «Биомедицинские технологии» (2015-2018 гг.) в рамках Научной сессии молодых ученых и студентов ПИМУ; научно-практическая конференция «Life Science Imaging» (1-2 апреля 2014 г.); международный семинар «Мультифотонная томография: возможности использования» (22 мая 2014 г.).

Опубликованы монографии:

1.  Zagaynova E.V., Druzhkova I.N., Mishina N.M., Ignatova N.I., Dudenkova V.V., Shirmanova M.V. Imaging of Intracellular pH in Tumor Spheroids Using Genetically Encoded Sensor SypHer2. In: Dmitriev R. (ed.) Multi-Parametric Live Cell Microscopy of 3D Tissue Models. Advances in Experimental Medicine and Biology 1035. Springer, Cham (2017).
2. Shirmanova M.V., Shimolina L.E., Lukina M.M., Zagaynova E.V., Kuimova M.K. Live Cell Imaging of Viscosity in 3D Tumour Cell Models. In: Dmitriev R. (ed.) Multi-Parametric Live Cell Microscopy of 3D Tissue Models. Advances in Experimental Medicine and Biology 1035. Springer, Cham (2017).
3. Shirmanova M.V., Sergeeva T.F., Druzhkova I.N., Meleshina A.V., Lukina M.M., Dudenkova V.V., Shcheslavskiy V.I., Becker W., Belousov V.V., Mishina N.M., Zagaynova E.V. Metabolic Shifts and Intracellular pH in Cell Proliferation and Differentiation (Chapter 10). In: K. König (ed.) Multiphoton Microscopy and Fluorescence Lifetime Imaging. Applications in Biology and Medicine. De Gruyter Open, 2018. 421 p.

Зарегистрированы патенты:

• Патент РФ № 2458129 от 10.08.2012. Приоритет от 25.04.2011. Выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая белок KillerRed (варианты), выделенный белок (варианты), кассета экспрессии, клетка, содержащая кассету экспрессии. Авторы: К. А. Лукьянов, Е. О. Серебровская, С. А. Лукьянов.
• Патент РФ № 2493260 от 20.09.2013. Приоритет от 30.11.2011. Выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, кассета экспрессии, клетка, продуцирующая биосенсор, выделенный флуоресцентный биосенсор, выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая флуоресцентный биосенсор, оперативно слитая с нуклеиновой кислотой, кодирующей сигнал внутриклеточной локализации. Авторы: Д. С. Билан, В. В. Белоусов, С. А. Лукьянов.
• Патент РФ № 2491342 от 27.08.2013. Приоритет от 25.04.2011. Выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая оперативно слитый интрамолекулярный димер белка KillerRed, кассета экспрессии, клетка, продуцирующая химерный белок и содержащая кассету экспрессии, выделенный химерный белок. Авторы: К. А. Лукьянов, Е. О. Серебровская, С. А. Лукьянов.
• Патент РФ № 2497121 от 27.10.2013. Приоритет от 10.10.2012. Способ оценки содержания пероксида водорода в опухолевых клетках при воздействии на них противоопухолевого препарата. Авторы: А. С. Белова, В. В. Белоусов, А. А. Брилкина, Е. В. Загайнова, А. В. Масленникова, Н. М. Мишина, С. А. Лукьянов, А. Г. Орлова, Е. А. Сергеева, Н. М. Шахова.
• Патент РФ № 2493260 от 10.06.2013. Приоритет от 30.11.2011. Выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая флуоресцентный биосенсор, кассета экспрессии, клетка продуцирующая флуоресцентный биосенсор выделенный флуоресцентный биосенсор. Авторы: Д. С. Билан, В. В. Белоусов, С. А. Лукьянов.
• Патент РФ № 2519936 от 20.06.2014. Приоритет от 13.09.2012. Способ фотодинамической терапии опухоли. Авторы: М. В. Ширманова, Е. В. Загайнова, С. А. Лукьянов, Е. О. Серебровская, Л. Б. Снопова, М. Л. Бугрова, Е. А. Минакова, М. А. Сироткина, В. А. Каменский.

Сотрудничество:

• Имперский колледж Лондона (Великобритания): совместные исследования в области визуализации микровязкости, совместные публикации в журналах Scientific Reports, глава в книге издательства Springer.

• JenLab (Германия): взаимные консультации по использованию мультифотонной флуоресцентной томографии, совместные исследования с применением мультифотонной флуоресцентной томографии.

• Becker & Hickl GmbH (Германия): совместные исследования в области время-разрешенного флуоресцентного имиджинга, совместные научные мероприятия (международный симпозиум Topical Problems of Biophotonics, FLIM семинары), совместные публикации в журналах Scientific Reports, Optics Letters, глава в книге издательства De Gruyter.

• University College Cork (Ирландия): совместные исследования кислородного статуса опухолей, разработка химических кислородных сенсоров на основе наноструктур.

• Университет Гунма (Япония): совместные исследования кислородного статуса опухолей, разработка химических кислородных сенсоров на основе ирридия, совместная публикация в журнале Optics Letters.

• Пенсильванский университет (США): совместные исследования кислородного статуса опухолей, научные семинары по обмену опытом, взаимные консультации по фосфоресцентному имиджингу кислорода.

• Виргинский университет (США): совместные исследования по изучению метаболизма опухолевых клеток, совместные научные мероприятия (международный симпозиум Topical Problems of Biophotonics), научные семинары по обмену опытом в области метаболического имиджинга, взаимные консультации.

• Институт прикладной физики РАН (Россия): совместные научные мероприятия, международный симпозиум Topical Problems of Biophotonics.

• Институт металлоорганической химии РАН (Россия): совместные исследования в области разработки новых фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии опухолей, совместные публикации в журналах Biochimica et Biophysica Acta – General Subjects, «Журнал общей химии», «Биофизика».

• Институт химической физики РАН (Россия): совместные исследования в области разработки новых фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии опухолей, совместные публикации в журналах Journal of Analytical and Bioanalytical Techniques, Journal of Photochemistry and Photobiology.

• Институт биоорганической химии РАН (Россия): совместные исследования онкологических процессов с помощью новых генетически-кодируемых сенсоров, совместные публикации в журналах Biochimica et Biophysica Acta – General Subjects, Scientific Reports, Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Cell Research, глава в книге издательства Springer.

• Приволжский окружной медицинский центр (Россия): совместные исследования по индивидуализации химиотерапии у пациентов с колоректальным раком; совместные исследования по применению многофотонной и флуоресцентной время-разрешенной микроскопии для анализа печени в норме и при индуцированном холестазе, совместная публикация направлена в журнал Clinical Colorectal Cancer; публикация в Proceedings of SPIE.

• Первый МГМУ имени И. М. Сеченова (Россия): совместные исследования по регенеративной медицине и тканевой инженерии, совместные публикации в журналах Cell Adhesion and Migration, Biofabrication, Nanomedicine.

• Санкт-Петербургский государственный университет (Россия): совместные исследования по разработке новых кислородных сенсоров, совместные публикации в журнале RSC Advances.

• ЗАО «Евроген» (Россия): совместные исследования в области генной инженерии и клеточной биологии, разработка материалов для исследований.

• Российский онкологический центр имени Н. Н. Блохина (Россия): совместные исследования в области экспериментальной онкологии с применением мышиных опухолевых моделей, научные семинары по обмену опытом, взаимные консультации по получению, поддержанию и использованию опухолевых моделей.

• Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П. А. Герцена (Россия): совместные исследования в области экспериментальной онкологии с применением мышиных опухолевых моделей, научные семинары по обмену опытом, взаимные консультации по получению, поддержанию и использованию опухолевых моделей.

• ННГУ имени Н. И. Лобачевского (Россия): студенческие обмены, предоставление научной базы для выполнения магистерских и кандидатских диссертаций.