Генетика и биомедицина

Каждый из нас уникален. Эту уникальность в человека закладывает в том числе его геном, который во многом определяет предрасположенность к тем или иным болезням, образу жизни и питания, возможным физическим нагрузкам. Вот почему усредненное лечение часто не дает желаемого результата — мы слишком индивидуальны и каждому требуется персональный подход.

По мнению специалистов, будущее медицины в персонализации, когда каждому пациенту будет предложено наиболее подходящее лекарство в оптимальной для него дозе, а в перспективе создают индивидуальный препарат, редактируют геном, выращивают новые не отторгаемые органы из клеток пациента на замену вышедшим из строя.

На этом пути исследователям в области геномики и молекулярной биологии, специалистам в области тканевой и биоинженерии еще предстоит сделать очень многое. Человеческий организм — сложнейшая система, в которой огромное количество процессов действуют согласованно. В этой системе все ее части и элементы, включая мельчайшие клеточные органеллы, связаны друг с другом. У нас пока нет полного представления, как функционирует эта система. Поэтому исследования тонких процессов на клеточном уровне сегодня крайне актуальны.

Не менее важны и прикладные аспекты проблемы — устройства для ранней диагностики заболеваний и мониторинга биометрических параметров.

1. Разработка клеточной тест-системы для анализа биологической активности новых молекул для лечения диабета и ожирения

Аннотация: В рамках поиска новых решений в борьбе с диабетом 2 типа и ожирением участники проекта должны решить очень важную задачу: получить функциональную репортерную клеточную тест-систему для оценки биологической активности молекул агонистов рецептора глюкозозависимого инсулинотропного пептида (ГИП), подобно тому, как участники прошлого года получили клеточную линию с рецептором глюкагоноподобного пептида 1 (ГПП-1). Обучающиеся смогут определить, являются ли молекулы, которые совсем недавно были разработаны (малые молекулы и антителоподобный рекомбинантный белок), биологически активными к прогнозируемым мишеням – рецептору ГИП и ГПП-1.  В процессе работы участники проекта научатся работать с адгезионными эукариотическими клеточными линиями; проведут трансфекцию клеток молекулами ДНК для получения белков; увидят процесс трансдукции клеток лентивирусными частицами; проведут клеточную селекцию; определят методом качественной ПЦР и электрофореза в агарозном геле наличие вставки в клеточном геноме, а также оценят уровень экспрессии целевого гена методом ОТ-ПЦР-РВ.  На полученной в процессе проекта и охарактеризованной клеточной тест-системе участники определят биологический отклик новых, полученных в рамках проекта университета «Сириус», и уже известных терапевтических препаратов агонистов рецепторов ГИП и ГПП‑1.

Партнер:  Научно-технологический университет «Сириус»

2. Получение тканеинженерной конструкции на основе хондроцитов для челюстно-лицевой хирургии

Аннотация: Хрящевая ткань – вид соединительной ткани, состоящей преимущественно из межклеточного вещества (внеклеточного матрикса). Клеточные элементы хрящевой ткани представлены хондроцитами, располагающиеся в толще матрикса. Функция  хондроцитов – синтез внеклеточного матрикса, основными компонетами которого являются коллаген и протеогликаны. Нарушения в хрящевой ткани вследствие травмы, врожденных пороков, инфекции или аутоиммунного заболевания связаны с серьёзными функциональными нарушениями и последующим прогрессированием дегенерации или воспаления хряща.  Традиционные методы лечения повреждений хряща, такие как консервативная терапия, хирургические вмешательства, направленные на стимуляцию регенерации (микрофрактурирование), или частичная замена сустава (эндопротезирование), часто не обеспечивают полного восстановления структуры и функции ткани. Биомедицинские клеточные продукты (БМКП), созданные на основе хондроцитов, являются одной из наиболее активно исследуемых стратегий в терапии повреждений хрящевой ткани. В настоящее время методы клеточной терапии используются в ортопедической хирургии в клиниках разных стран, в том числе, и в России - в 2023 году зарегистрирован первый российский биомедицинский клеточный продукт (БМКП) Изитенс® для восстановления повреждения хрящевой ткани коленного сустава. В то же время в челюстно-лицевой хирургии методы клеточной терапии применяются значительно реже. Актуальной задачей в области реконструктивной и пластической хирургии является  улучшение хрящевой структуры тканеинженерного трансплантата для устранения челюстно-лицевых дефектов. Целью настоящего исследования будет получение in vitro различных трехмерных тканеинженерных конструкций  на основе хондроцитов овцы  и оценка основных компонентов внеклеточного матрикса.

Партнер: АО «Генериум»

3. Биофабрикация в физических полях

Аннотация: Формирование функциональных заменителей человеческих тканей и органов – важнейшая проблема современной регенеративной медицины. Технологии биофабрикации в сочетании с современными достижениями клеточной биологии и геномной инженерии позволят обеспечить здравоохранение прорывными биомедицинскими разработками, в частности, тканеинженерными конструкциями для лечения широкого спектра заболеваний человека. Проект направлен на создание прототипа трубчатого тканевого эквивалента кровеносного сосуда с использованием биофабрикации в физических полях. На первом этапе участники научатся работать с клеточными культурами в условиях стерильного культурального бокса: размораживать и замораживать клетки, пассировать с помощью фермента, характеризовать с помощью окраски флуоресцентными антителами и прижизненными красителями, визуализировать посредством инвертированного микроскопа.  На втором этапе участникам предстоит освоить метод формирования клеточных сфероидов, их окраски и визуализации с помощью конфокальной микроскопии. Третий этап работы посвящен созданию трубчатых структур в биофабрикторе с использованием физических полей.

Партнер: АО «Росатом Наука»

4. Анализ биологический активности кандидатов первого в мире моноклонального антитела для лечения болезни Бехтерева

Аннотация: Описание: Болезнь Бехтерева - аутоиммунное заболевание, для которого долгое время не было таргетной терапии: пациентам назначали общие противовоспалительные препараты или препараты на основе моноклональных антител, специфичных к медиаторам воспаления. Для лечения болезни Бехтерева ученые РНИМУ им. Пирогова и BIOCAD разработали инновационный препарат, направив цитотоксическое антитело на мишень клеток, отвечающих за развитие заболевания. В проекте мы уделим внимание возможности подтвердить специфичность разрабатываемого антитела на этапе ранней разработки функциональной молекулы. Пройдем практически все этапы на пути получения моноклонального антитела: от работы с клетками прокариот, которые будут необходимы нам для наработки плазмидных векторов, до очистки белка на аффинном сорбенте. За время проекта мы освоим, работы с клетками про- и эукариот, наработку и очистку плазмидных векторов, наработку антител в системе экспрессии клеток CHO, проведём аффинную очистку и характеризацию полученных препаратов антител, проанализируем специфичность терапевтических антител методом проточной цитометрии, подтвердим специфичности антител ортогональным методом, путем секвенирования ДНК клеточной популяции, выделенной с помощью MACS , проанализируем функциональную активность кандидатов в цитотоксическом клеточном тесте.

Партнер: АО «Биокад»

5. «Умные» нанотранспортёры для терапевтических молекул

Аннотация: Целью данного проекта является создание комплексов наноносителей с терапевтическими молекулами, обладающих улучшенными свойствами по сравнению с индивидуальным препаратом, такими как улучшенные физиологическая стабильность и способность проникать в клетку, а также уменьшенная цитотоксичность. Конкретной задачей проекта является комбинирование подходов к получению биоразлагаемых наноматериалов и доставке терапевтически молекул в условиях, близких к физиологическим. Поставленная задача будет решена путем оптимизации процесса получения и модификации композитных наноматериалов в качестве носителей нуклеиновых кислот и малых лекарственных молекул на примере индивидуального и сочетанного присоединения олигонуклеотидов и доксорубицина. Кроме того, будет проведена сравнительная характеристика эффективности неорганических нанотраспортеров на основе наночастиц карбоната кальция, диоксида кремния и смешанного оксида железа.

Партнер: Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

6. «Фитнес» макрофаги против опухоли

Аннотации:  Проект посвящен изучению маркеров тренированного иммунитета в in vitro моделях с использованием макрофагов, как основных эффекторных клеток врожденной ветви иммунной системы при тренировке инактивированной БЦЖ. Участниками будут оценены эпигенетические маркеры репрограммирования макрофагов, изменение фенотипа макрофагов, а также провоспалительные цитокины. В данной модели также будет оценена цитотоксическая активность макрофагов против клеточных линий рака мочевого пузыря, вид рака при котором активно используется данный подход. Участники проекта не только оценят эффективность тренированного иммунного ответа, но также попробуют улучшить его характеристики с помощью различных терапевтических подходов, таких, как например сенолитическая терапия. 

Партнер: Институт цитологии РАН