Методы диагностики состояния клетки.НИР

Methods of cell state’s diagnostics

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Методы диагностики состояния клетки
Результаты этапа: Новизна и перспективность выполняемого проекта заключается в: 1. создании новых НСП, в том числе с иерархической структурой, для анализа состояния молекул в живых, функционирующих клетках (в том числе единичных) и разработки методологии для количественного их анализа методом ГКР. Область применения полученных результатов распространяется как на диагностику функционального состояния человека и реализации программы персональной медицины, так и на скрининг действия лекарственных препаратов, наркотических и токсических веществ. Для дальнейшей реализации проекта будут использованы наши оригинальные результаты: (1).при синтезе НЧ и прекурсоров для создания НСП учитывать влияние предыстории получения материалов, формируемых в нанодисперсном или наноструктурированном состоянии; (2)при анализе образцов использовать комплекс современных методов физико-химического и микроструктурного анализа в сочетании с анализом оптических свойств образцов; (3). акцентировать методологию на тестирование функционального состояния живых клеток, контролируя как состояние отдельных биологически важных молекул, так и функциональное состояние самой клетки; 2. Полученные оригинальные результаты имеют важное научно-практическое значение для понимания роли рецепторов, локализованных на поверхности эритроцита, в регуляции транспорта молекул газов и поддержании тонуса сосудов. В работе представлены доказательства изменения кислородтранспортной функции эритроцитов, не только в связи с конформационными перестройками гемопорфирина гемоглобина или модификацией распределения молекул гемоглобина в цитоплазме клетки, но и вязкостью мембраны, структурой цитоскелета и входом Са2+ как в изолированных эритроцитах, так и в эритроцитах в крови в присутствии АТФ и ИФР-1. Анализ результатов позволил выявить характерные особенности изменения кислородтранспортной функции и морфологии эритроцитов до и после терапии патологий роста. Полученные данные могут использоваться в разработке методологии диагностики и скрининга новых фармакологических препаратов для лечения соматотропной (СТГ) недостаточности, синдрома Шерешевского-Тернера, акромегалии. 3. Полученные результаты свидетельствуют о том, что активация пуринэргических рецепторов экстраклеточным АТФ вызывает изменение рельефа поверхности мембраны эритроцитов, вязкости плазматической мембраны и, следовательно, их реологических свойств. Изменение рельефа поверхности и вязкости мембранных липидов эритроцитов при высоких концентрациях АТФ (1 и 5 мМ) сопровождаются увеличеним способности гемоглобина отдавать кислород. Изменения, наблюдаемые при более высоких концентрациях АТФ, могут быть связаны с рядом побочных процессов, например, с гидролизом АТФ. 4. Полученные результаты представляют дополнительную информацию для более глубокого изучения путей взаимодействия между конформацией каротиноидов, флуоресценцией хлорофилла и физико-химическим состоянием фотосинтетических мембран, а также разработки методологии тестирования процессов регуляции и адаптации фотосинтетического аппарата к стрессовым условиям, молекулярной генетики и селекции. Результаты по изменению содержания, конформации и распределения пигментов (каротиноиды, хлорофилл) могут быть предложены в качестве методологии диагностики состояния ФСА. 5. установлении воздействия облучения в частотном диапазоне 5 ГГц (нового стандарта беспроводных локальных сетей) на функционирование культуры штамма Escherichia coli со светящимся фенотипом. При воздействии миллиметрового диапазона ЭМИ при частоте 42,25 ГГц на специально разработанную тестовую систему, основанную на всхожести семян гороха, а также культуру люминесцирующего штамма Escherichia coli обнаружены отчетливые эффекты ЭМИ. При этом при использовании тестовой системы, основанной на всхожести семян гороха, зафиксирован отчетливый фазовый характер направленности биологического эффекта, заключающийся в подавлении или стимуляции всхожести семян в зависимости от длительности (дозы) облучения. Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют об исключительной важности дальнейшего изучения биологического действия ЭМИ исследованных частотных диапазонов с целью оценки их безопасного применения в повсеместной жизни человека и народном хозяйстве.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Методы диагностики состояния клетки.
Результаты этапа: В ходе выполнения проекта была разработана методология, а также наноструктурированные подложки (НСП) и гетерокомпозитные НЧ для получения интенсивного, воспроизводимого и селективного усиления КР от гемопорфирина и цитохрома С в интактных эритроцитах и митохондриях. Обнаружены спектральные “маркеры” конформационных изменений гема цитохрома С, которые могут быть использованы для мониторинга функциональных свойств цитохрома С митохондрий в живых клетках и служить основой для формирования методологи мониторинга степени оксигенации крови в сосудах головного мозга животных в условиях нормо-гипер-и гипоксии. Было проведено исследование энергетической функции митохондрий, которое тесно связано с регуляцией кислородообеспечения нервных клеток. Выполнены эксперименты по регистрации спектров КР от капилляров, содержащих разное количество оГб, которые использовали для построения калибровочных кривых биотехнологических методов. На основе морфологии капиллярной сети и движения эритроцитов доказано, что (i) в первом случае КР-регистрация проводилась в капилляре, расположенном в артериальной зоне капиллярной сети, (ii) во втором случае, в капилляре, расположенном, а венозной зоне капиллярной сети. Спектр РКР в первом случае содержит интенсивные полосы oГб при 1375, 1585 и 1638 см-1 (без пика при 1355 см-1 ), что соответствует полностью окисленной крови. Во втором случае спектр РКР характеризется выраженным дГб-«плечо» при 1355 см-1 , что соответствует частично дезоксигенированной крови. Согласно данным РКР оксигенация крови во втором случае (sO2 (РКР1375)) составляла около 69%, что хорошо согласуется с другими оценками по оксигенации крови. Итак, мы доказали, что спектроскопия РКР имеет ряд преимуществ: (i) чувствительность к оксигенации Гб, (ii) селективность к различным типам гемопротеинов: гемоглобину и цитохромам, (iii) не требует использования специальных меток и (iv) обеспечивает мониторинг oГб на уровне отдельных капилляров. В будущем это позволит одновременно проводить регистрацию in vivo спектров КР крови в сосудах головного мозга и флуоресцентные измерения нейронов или глиальных клеток, окрашенных красителями для внутриклеточного Ca2+ и других эндогенных ионов у анестезированных животных. Мы считаем, что предлагаемый подход может стать полезным инструментом для изучения локального кровотока in vivo и его связи с нейрональной активностью нейронов, приводящим к снижению потребления кислорода. В ходе проведенной работы доказано, что при инкубации клеток с магнитными НЧ (МНЧ) около 13% макрофагов поглощает эти наночастицы и около 5% макрофагов (или 38,5% от числа клеток содержащих МНЧ) повреждены (в результате АФК при активации ПОЛ). Таким образом, НЧЗ (без специфических рецепторов на ПСМА) связываются и проникают внутрь клеток, часть которых при этом погибает. В ходе выполнения проекта работ было проведено исследование содержания и конформации пигментов водоросли Cladophora aegagropila (L). Rabenh. (syn. Aegagropila linnaei Kutz.), что важно для разработки методологии производства не только целлюлозы, но и каротиноидов и других биологически активных веществ. Установлено, что состояние пигментов в интактных клетках пресноводной водоросли Cladophora aegagropila (L). Rabenh. (syn. Aegagropila linnaei Kutz.) можно исследовать с помощью РКР. Показано, что при инкубации в темноте (до 24 часов) в РКР-спектре каротиноидов водоросли происходят изменения соотношения амплитуд полос I1523/I1155 см-1 и I960/I1004 см-1 а, также полуширины РКР полосы в области 1523 см-1. Предположено, что при адаптации водоросли к темноте меняется конформация молекулы каротиноида за счет делокализации π-электронов в полиеновой цепочке молекулы и изменением плоскостной ориентации кольца. Кроме того, может меняться состав каротиноидов, их локализация в клетке и микроокружение в пигмент-белковых комплексах: в отсутствии освещения в клетке водоросли обнаружено более равномерное распределение пишментов. Вероятно, обнаруженные изменения обусловлены либо изменениями локализации клеточных органелл, либо перераспределением каротиноидов между фотосинтетическими мембранами, пластоглобулами и липофильными образованиями в цитоплазме. Разработана методология измерения и оценки морфологии и физико-химических свойств целлюлозы и наноцеллюлозы (НЦ) из водоросли Aegagropila linnaei с помощью комплекса современных методов (атомно-силовая микроскопия, AСM, инфракрасная (ИК) Фурье спектроскопия, спектроскопии КР, рентгеновская дифракция и динамического рассеяния света). Доказано, что диаметр выделенных фибрилл целлюлозы меняется от 2-3 мкм до 30 нм и зависит от температуры культивирования водоросли от. Анализ данных, полученных с помощью рентгеновской дифракции, а также КР- и ИК-спектроскопии свидетельствует о том, что более 90 % целлюлозы. С помощью метода ЛИМ выявлено перераспределение цитоплазматических структур, везикул в примембранной и перинуклеарной областях клетки, что связано с экзоцитозом в ответ на активацию ацетилхолинового рецептрора (АХР). Выявлено отсутствии участия Са2+-опосредованных сигнальных систем в ауторегуляцию объема мышечных клеток в гипотонических условиях. Установлено, что выход внутриклеточного АТФ при гипоксии, по крайней мере, частично обусловленное гемолизом отдельных эритроцитов, является фактором расширения сосудов. Высказана гипотеза, что механизм нарушения целостности эритроцитов при гипоксии обусловлен цитоскелетом эритроцитов и взаимодействующих с мембраной периферических цитоплазматических белков. Протеомный анализ теней эритроцитов позволил идентифицировать в условиях нормоксии 1160 белков, из которых в условиях гипоксии статистически значимо изменялось содержание 9 белков. Среди белков, чье содержание увеличивалось в условиях гипоксии примерно в 2 раза, обнаружены четыре субъединицы гемоглобина.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Методы диагностики состояния клетки.
Результаты этапа: В ходе выполнения проекта была разработана методология, а также наноструктурированные подложки (НСП) и гетерокомпозитные НЧ для получения интенсивного, воспроизводимого и селективного усиления КР от гемопорфирина и цитохрома С в интактных эритроцитах и митохондриях. Обнаружены спектральные “маркеры” конформационных изменений гема цитохрома С, которые могут быть использованы для мониторинга функциональных свойств цитохрома С митохондрий в живых клетках и служить основой для формирования методологи мониторинга степени оксигенации крови в сосудах головного мозга животных в условиях нормо-гипер-и гипоксии. Было проведено исследование энергетической функции митохондрий, которое тесно связано с регуляцией кислородообеспечения нервных клеток. Выполнены эксперименты по регистрации спектров КР от капилляров, содержащих разное количество оГб, которые использовали для построения калибровочных кривых биотехнологических методов. На основе морфологии капиллярной сети и движения эритроцитов доказано, что (i) в первом случае КР-регистрация проводилась в капилляре, расположенном в артериальной зоне капиллярной сети, (ii) во втором случае, в капилляре, расположенном, а венозной зоне капиллярной сети. Спектр РКР в первом случае содержит интенсивные полосы oГб при 1375, 1585 и 1638 см-1 (без пика при 1355 см-1 ), что соответствует полностью окисленной крови. Во втором случае спектр РКР характеризется выраженным дГб-«плечо» при 1355 см-1 , что соответствует частично дезоксигенированной крови. Согласно данным РКР оксигенация крови во втором случае (sO2 (РКР1375)) составляла около 69%, что хорошо согласуется с другими оценками по оксигенации крови. Итак, мы доказали, что спектроскопия РКР имеет ряд преимуществ: (i) чувствительность к оксигенации Гб, (ii) селективность к различным типам гемопротеинов: гемоглобину и цитохромам, (iii) не требует использования специальных меток и (iv) обеспечивает мониторинг oГб на уровне отдельных капилляров. В будущем это позволит одновременно проводить регистрацию in vivo спектров КР крови в сосудах головного мозга и флуоресцентные измерения нейронов или глиальных клеток, окрашенных красителями для внутриклеточного Ca2+ и других эндогенных ионов у анестезированных животных. Мы считаем, что предлагаемый подход может стать полезным инструментом для изучения локального кровотока in vivo и его связи с нейрональной активностью нейронов, приводящим к снижению потребления кислорода. В ходе проведенной работы доказано, что при инкубации клеток с магнитными НЧ (МНЧ) около 13% макрофагов поглощает эти наночастицы и около 5% макрофагов (или 38,5% от числа клеток содержащих МНЧ) повреждены (в результате АФК при активации ПОЛ). Таким образом, НЧЗ (без специфических рецепторов на ПСМА) связываются и проникают внутрь клеток, часть которых при этом погибает. В ходе выполнения проекта работ было проведено исследование содержания и конформации пигментов водоросли Cladophora aegagropila (L). Rabenh. (syn. Aegagropila linnaei Kutz.), что важно для разработки методологии производства не только целлюлозы, но и каротиноидов и других биологически активных веществ. Установлено, что состояние пигментов в интактных клетках пресноводной водоросли Cladophora aegagropila (L). Rabenh. (syn. Aegagropila linnaei Kutz.) можно исследовать с помощью РКР. Показано, что при инкубации в темноте (до 24 часов) в РКР-спектре каротиноидов водоросли происходят изменения соотношения амплитуд полос I1523/I1155 см-1 и I960/I1004 см-1 а, также полуширины РКР полосы в области 1523 см-1. Предположено, что при адаптации водоросли к темноте меняется конформация молекулы каротиноида за счет делокализации π-электронов в полиеновой цепочке молекулы и изменением плоскостной ориентации кольца. Кроме того, может меняться состав каротиноидов, их локализация в клетке и микроокружение в пигмент-белковых комплексах: в отсутствии освещения в клетке водоросли обнаружено более равномерное распределение пишментов. Вероятно, обнаруженные изменения обусловлены либо изменениями локализации клеточных органелл, либо перераспределением каротиноидов между фотосинтетическими мембранами, пластоглобулами и липофильными образованиями в цитоплазме. Разработана методология измерения и оценки морфологии и физико-химических свойств целлюлозы и наноцеллюлозы (НЦ) из водоросли Aegagropila linnaei с помощью комплекса современных методов (атомно-силовая микроскопия, AСM, инфракрасная (ИК) Фурье спектроскопия, спектроскопии КР, рентгеновская дифракция и динамического рассеяния света). Доказано, что диаметр выделенных фибрилл целлюлозы меняется от 2-3 мкм до 30 нм и зависит от температуры культивирования водоросли от. Анализ данных, полученных с помощью рентгеновской дифракции, а также КР- и ИК-спектроскопии свидетельствует о том, что более 90 % целлюлозы. С помощью метода ЛИМ выявлено перераспределение цитоплазматических структур, везикул в примембранной и перинуклеарной областях клетки, что связано с экзоцитозом в ответ на активацию ацетилхолинового рецептрора (АХР). Выявлено отсутствии участия Са2+-опосредованных сигнальных систем в ауторегуляцию объема мышечных клеток в гипотонических условиях. Установлено, что выход внутриклеточного АТФ при гипоксии, по крайней мере, частично обусловленное гемолизом отдельных эритроцитов, является фактором расширения сосудов. Высказана гипотеза, что механизм нарушения целостности эритроцитов при гипоксии обусловлен цитоскелетом эритроцитов и взаимодействующих с мембраной периферических цитоплазматических белков. Протеомный анализ теней эритроцитов позволил идентифицировать в условиях нормоксии 1160 белков, из которых в условиях гипоксии статистически значимо изменялось содержание 9 белков. Среди белков, чье содержание увеличивалось в условиях гипоксии примерно в 2 раза, обнаружены четыре субъединицы гемоглобина.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Методы диагностики состояния клетки.
Результаты этапа:
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Методы диагностики состояния клетки
Результаты этапа:
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Методы диагностики состояния клетки
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".