Проєкти НФДУ

У 2020 році ІМБГ НАН України взяв активну участь в перших конкурсах, проведених Національним фондом досліджень України – Інститут подав 28 проєктів як координатор та співвиконавець.

На конкурс "Наука для безпеки людини та суспільства" співробітники Інституту подали 17 проєктів, у 10 з яких Інститут виступив як провідна установа. На конкурс "Підтримка досліджень провідних та молодих учених" подали 11 проєктів - Інститут виступив координатором у 9 з них. Загалом учасниками проєктів виступили більше 100 наукових співробітників ІМБГ НАН України, серед яких чимала кількість молодих. Подані проєкти підтримано результатами наукової експертизи НФДУ, що проводилася з використанням нових підходів і на засадах неупередженості та високого професійного рівня експертів.

За результатами першого конкурсу «Наука для безпеки людини та суспільства», проведеними НФДУ в 2020 році, переможцями стали 6 проєктів ІМБГ – див. посилання:

  1. Дослідження терапевтичної ефективності і безпечності нових еквівалентів дерми з включенням композиту (препарат ізатізон та цитокін EMAP II) для лікування травматичних уражень шкіри.
  2. Розробка та тестування in vivo інгібіторів протеїнкінази С бета – ключового ферменту індукції нейтрофільних позаклітинних пасток (NETs) для запобігання гострого респіраторного дистрес синдрому (ARDS).
  3. Комбіновані тест-системи для діагностики та аналізу експресії генів вродженого імунітету при небезпечних вірусних інфекціях.
  4. Вивчення стану дихальної, серцево-судинної та імунної систем у хворих з пневмонією COVID-19 після трансплантації кріоконсервованих алогенних мезенхімальних стовбурових клітин
  5. Молекулярні компоненти інвадоподій як прогностичні фактори злоякісних пухлин грудної залози людини
  6. Розробка засад біотехнологічного виробництва нових гіпотензивних і протиаритмічних алкалоїдів раувольфії зміїної Rauwolfia serpentina Benth.

За результатами другого конкурсу «Підтримка досліджень провідних та молодих учених» переможцями стали 5 проєктів ІМБГ – див. посилання:

  1. Дослідження особливостей формування сучасних біоселективних елементів на основі наноматеріалів різної природи для електрохімічних біосенсорів та сенсорних масивів із заданими та керованими властивостями
  2. Розробка комбінованої терапії важких Klebsiella pneumoniae–асоційованих нозокоміальних інфекцій для подолання їхньої антибіотикорезистентності.
  3. Вплив непротеїногених аналогів лейцину на лейцин-залежні сигнальні шляхи mTORC1 у клітинах людини.
  4. Встановлення особливостей структурної організації комплексу елонгації трансляції eEF1B людини.
  5. Сайт-спрямований мутагенез як інноваційний підхід для дослідження механізмів виникнення та подолання резистентності Mycobacterium tuberculosis до антибіотиків.

Представляємо їх всі для ознайомлення нижче:

Проєкт: "Дослідження терапевтичної ефективності і безпечності нових еквівалентів дерми з включенням композиту (препарат ізатізон та цитокін EMAP II) для лікування травматичних уражень шкіри" , 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0035.

Науковий керівник проєкту

Лукаш Любов Леонідівна

заступник директора з наукової роботи, завідувач відділу генетики людини,
доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 200-03-38, 526-55-97;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: lukash@imbg.org.ua

Цей дворічний проєкт присвячений розробці нових засобів лікування травматичних пошкоджень шкіри, які залишаються однією з найактуальніших проблем клінічної медицини у всьому світі. Згідно з даними ВОЗ, опіки за частотою займають третє місце серед травматичних пошкоджень шкіри. Якщо загальна площина опікової рани перевищує 30-40% поверхні тіла, вона не може бути своєчасно закрита за допомогою фрагментів власної шкіри пацієнта - аутотрансплантації. Для тимчасового закриття поверхні рани і підвищення ефективності загоєння опікових ран використовують штучні замінники шкіри у вигляді гнучких плівок або м’яких мазеподібних покриттів, що включають клітини і різні фармакологічні препарати. Ми працюємо над створенням нового біотехнологічного продукту, ранового покриття, що містить безклітинне середовище (БКС), кондиційоване стовбуровими клітинами оригінальної лінії 4BL і певні фармакологічні препарати.

Передісторія. Проєкт має 15-річну передісторію. Все почалось з нещасного випадка, коли дівчинка Настя Овчар врятувала свою двох-річну сестричку, винесла її з вогнища. Але при цьому платтячко Насті загорілося, і вона отримала страшні опіки. На жаль, їй не могли надати належну медичну допомогу в Україні. Завдяки інформації, почутої від журналістів, вся країна, затаївши подих, спостерігала за розвитком подій. Спеціальним президентським літаком Настю доставили в Бостон, США, і там, в спеціалізованій клініці, їй наростили власну шкіру, зробили аутотрансплантацію і врятували життя. І саме в цей час трьох-річний хлопчик на селі в Україні перевернув на себе відро з кропом і теж отримав тяжкі опіки. Його доставили в Київський центр термічної травми і пластичної хірургії Київської міської лікарні № 2. На той час у хірургів-комбустіологів зовсім не було тимчасових покриттів, якими можна було би закрити опікові рани. До нас звернулися з проханням допомогти врятувати дитину. То був величезний ризик, але ми відважились на нього тому, що мали мезенхімальні стовбурові клітини людини, які мають здатність до диференціювання і регенерації тканин. Ми швидко приготували перші покриття з клітинами, які разом з іншими засобами наносили на ранові поверхні після хірургічного видалення струпів. І це спрацювало. Досить швидко дермальний шар шкіри був готовий до проведення аутотрансплантації маленьких шматочків перфорованої шкіри хлопчика. Поступово всі його рани загоїлись, навіть рубців не лишилось. Потім за спеціальним дозволом для обмеженого контингенту пацієнтів хірурги досліджували вплив дермальних покриттів із стовбуровими клітинами, що були розроблені нами, на загоєння масивних опікових ран у дорослих.

Коротка статистика опікових травм в Україні. Статистика опікового травматизму в Україні свідчить, що спостерігається тенденція до зростання частоти опіків і підвищення ступеня їх тяжкості як серед дітей, так і серед дорослих. Кількість хворих на опікову хворобу, що потребують стаціонарного лікування – більше 50 тис. щорічно. Серед них дітей, молодших за три роки, близько 6 тис. Середня тривалість перебування опікового хворого в стаціонарі становить близько двох тижнів. При тяжких опікових ураженнях, що потребують тривалого і вартісного лікування, перебування пацієнта в стаціонарі може тривати місяць и значно довше. За необхідності проводиться аутотрансплантація власної шкіри пацієнта. Тривалість підготовки ложа опікової рани для відновлення дермального шару шкіри, перед проведенням аутотрансплантації, як правило, становить близько тижня. І при цьому у 20-30 % випадків навіть власна шкіра пацієнта не приживлюється. Для відновлення дерми використовують різноманітні замінники шкіри. Існують комерційні ранові покриття, які містять клітини, частіше за все, диференційовані клітини шкіри: кератиноцити і фібробласти. Однак вони надто дорогі і практично недоступні для пацієнтів України. Наразі еквіваленти шкіри, які задовольняли би всім вимогам клініцистів при лікуванні масивних опіків, ще не створені.

Саме ці обставини спонукали нас до розробки дермальних покриттів нового покоління. Як носії для стовбурових клітин ми використовували натуральні колагенові і синтетичні поліакриламідні мембрани, Мембрани спеціально адаптували для прикріплення, вирощування та перебування на них стовбурових клітин (рис. 1).

Рис. 1.

Життєздатність клітин в таких умовах зберігалась на високому рівні на протязі декількох діб після виготовлення біотехнологічного продукту. Слід відзначити, що ця робота продовжувалась і розвивалась до цього часу завдяки грантам НАН України, за що ми дуже вдячні.

Результати попередніх досліджень. Отже, багато років тому назад в Центрі термічної травми і пластичної хірургії Київської міської лікарні № 2 дермальні покриття з клітинами, розроблені нами, наносили на опікові рани пацієнтів після хірургічного видалення струпа (Рис.2).

Рис. 2.

На дослідних ділянках ранової поверхні вже через 1-2 доби (замість тижня у контролі за відсутності дермальних покриттів) спостерігалось утворення дрібних судин-капілярів і епітелізація. Тимчасові дермальні покриття видаляли, і хірурги проводили аутотрансплантацію перфорованих шматків шкіри пацієнтів (Рис.3).

Рис. 3.

При використанні наших еквівалентів дерми результати були вражаючі, майже вдвічі скорочувались терміни загоєння ран, не було жодного випадку відторгнення трансплантованої шкіри, і всі пацієнти одужали. Хірурги-комбустіологи були задоволені, проте вони сформулювали для нас соціальний заказ – створити такі ж ефективні ранові покриття, як ті, що досліджувались, але без використання чужорідних клітин. При цьому слід враховувати, що надлишкових власних клітин у пацієнтів дуже мало, і вирощувати їх – це надто довгий процес.

І ми придумали, як обійтись без клітин, і при цьому забезпечити таку ж, якщо не більшу, ефективність загоєння опікових ран. Замість живих клітин ми спробували використовувати зразки культуральних середовищ, кондиційованих стовбуровими клітинами при вирощуванні в культурі. При цьому клітини синтезували і виділяли в середовище ростові фактори та інші біологічно активні речовини. На модельних тваринах (миші, щури) було показано, що звільнене від клітин кондиційоване середовище (БКС) виявилось навіть ефективнішим, ніж відповідні клітини оригінальної лінії 4ВL (4 blood line), яка була отримана у відділі генетики людини ІМБГ НАНУ з периферійної крові здорового донору. Спостерігалось пришвидшення загоєння ран і росту шерсті після аплікації гідрогеля з БКС порівняно з контролем (Рис. 4).

Рис. 4.

Отже результати наших попередніх клінічних досліджень на обмеженому контингенті осіб з термічними опіками, а також на модельних тваринах свідчили, що отримані нові дермальні покриття з включенням стовбурових клітин людини є дійсно перспективними для подальшого проведення доклінічних і клінічних випробувань у повному обсязі. Слід відзначити, що в Україні є спеціалісти, комбустіологи, високого рівня кваліфікації. Але в той же час має місце дефіцит ранових покриттів для лікування травматичних уражень шкіри. Це зумовило спрямування даного проєкту на удосконалення розробленої нами нової біотехнології зі створення дермальних покриттів, які б мали покращені експлуатаційні властивості, а саме: виготовлені з природних та недорогих матеріалів, з використанням комплексу біологічно активних речовин клітинного походження і фармакологічних препаратів, ефективних при загоєнні опіків та безпечних для організму. Новий етап досліджень. Тепер дуже коротко розкажу про результати, отримані за перший 2020 рік в рамках проєкту НФДУ. Слід враховувати, що проєкт ще не завершений, і деякі методичні знахідки ми плануємо патентувати. Отже, по-перше, ми отримали і протестували порошки зразків безклітинних кондиційованих середовищ, отримані ліофільною сушкою, які більш економічні у зберіганні і використанні. По-друге, до складу комбінованих дермальних покриттів був введений фармакологічний композит (лікарський препарат ізатізон та рекомбінантний білок EMAP II). Ізатізон має антисептичні, противірусні та імуномодулювальні властивості, а цитокін EMAP II стимулює утворення судин і теж має імуномодулювальні властивості. По- третє, дослідили терапевтичну дію як окремих компонентів, так і комбінованого біотехнологічного продукту при лікуванні опікових ран IIIb ступеню у модельних тварин (миші). Комбінований продукт виявився найефективнішим в цих дослідах: вже на 7 добу спостерігалось утворення судин, васкуляризація (Рис. 5),

Рис. 5.

а через 2 тижня – повне загоєння ран (Рис. 6).

Рис. 6.

Зовсім не спостерігалось випадків інфікування ран і смертності серед тварин.

Висновки і перспективи. Отже, в 2020 році створено нові комбіновані еквіваленти дерми, що поєднують високу терапевтичну ефективність та відносно низьку собівартість для лікування тяжких опікових ран. У 2021 році розпочато досліди з визначення токсикологічних властивостей та безпечності використання нових еквівалентів дерми в рамках доклінічних досліджень на модельних тваринах (миші, щури).

Наступні кроки до впровадження у медичну практику нових еквівалентів дерми: 1) проведення незалежної сертифікації нового біотехнологічного продукту в акредитованій токсикологічній лабораторії для отримання дозволу на клінічні випробування; 2) вироблення і передача нових еквівалентів дерми для проведення клінічних випробувань у медичних закладах, що спеціалізуються на лікуванні опікових ран та інших ускладнених травматичних уражень шкіри. Так, нові еквіваленти дерми призначені для використання у схемах лікування опікових ран різної природи, трофічних виразок та інфікованих ран, а також ускладнених і важко загоювальних уражень шкіри, зокрема, у хворих на цукровий діабет. У процесі проведення досліджень будемо вдосконалювати біотехнологічні дермальні покриття з метою підвищення їх якості і зниження собівартості виробництва для подальшого впровадження у практичну медицину.

Зважаючи на тяжкість масивних опікових ран дермальні еквіваленти мають відповідати цілому ряду вимог, серед яких основними є: терапевтична ефективність, відсутність антигенності і токсичності, непроникність для мікроорганізмів та пригнічення їхньої життєдіяльності, певна вологопоглинальність, біосумісність з клітинними матеріалами, достатня міцність, еластичність, прозорість, зручність у зберігання та використанні. Як показала клінічна практика застосування біотехнологічних ранових покриттів, що містять іммобілізовані клітини людини, призводить до скорочення строків перебування пацієнтів у лікарні, підвищення ефективності аутодермапластики і забезпечення бар’єрної функції.

До суттєвих переваг розроблених нами еквівалентів дерми відноситься їх основний компонент: комплекс біологічно активних речовин, синтезованих стовбуровими клітинами, за такими ознаками: а) доступність вихідного матеріалу тобто наявність у виконавців оригінальної лінії стовбурових клітини, отриманої з периферійної крові дорослого здорового донора, можливість отримання середовища, кондиційованого стовбуровими клітинами in vitro, в необмеженій кількості і відсутність етичних проблем, пов’язаних з використанням самих клітин; б) можливість отримання нових установлених клітинних ліній від донорів та пацієнтів, в) створення банків клітинних матеріалів, що дозволяє скоротити час, необхідний для виготовлення дермальних ранових покриттів порівняно з традиційним підходом, який передбачає отримання аутологічних клітин від самого пацієнта; г) можливість проводити швидке тестування вихідного матеріалу щодо вмісту вірусів, бактеріальної чи грибкової флори; д) можливість отримання ліофілізованих порошків, що містять комплекси біологічно активних речовин клітинного походження.

На сьогодні, ні в Україні, ні у світі немає такої біотехнології, як наша, в основі якої лежить застосування дермальних еквівалентів із включенням комплексу біологічно активних речовин, синтезованих стовбуровими клітинами в культурі, і лікарського препарату ізатізон у комбінації з рекомбінантним білком EMAP II. Всі закордонні еквіваленти шкіри з використанням клітинного компоненту надто вартісні (коштують приблизно 30-120 $ за один квадратний сантиметр поверхні) і не доступні для пацієнтів України. Враховуючи практичну неможливість для більшості наших громадян через фінансову скруту здійснювати лікування за кордоном та сплачувати використання закордонних біотехнологічних продуктів, пропонований проєкт має не лише наукову, але й соціальну значущість. За орієнтовними підрахунками еквіваленти дерми, що пропонуються, можуть коштувати приблизно в 10 разів менше, ніж закордонні аналоги. Очікується, що, завдяки певним властивостям, отримані нами дермальні покриття можуть бути придатними для використання як при лікуванні масивних опіків, так і інших уражень шкіри.

10 вересня 2021 р. Про розробку учених ІМБГ НАН України - дермальне покриття для загоювання важких опіків. Телеканал «Україна24».

21 грудня 2021 р. Комунікаційний захід – «Наукова SuperNova». НФДУ.

27 грудня 2021 р. РОЗШИРЕННЯ ЛІКУВАЛЬНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ ІЗАТІЗОНУ І ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ ПРИ ОПІКАХ. З доповіді заст.дир. ІМБГ НАНУ, д.б.н., проф. Л.Л.Лукаш на заході НФДУ «Наукова SuperNova» 20.12.21. Опубліковано - Ін-т оздоровлення і відродження народів України.

Проєкт: "Розробка та тестування in vivo інгібіторів протеїнкінази С бета – ключового ферменту індукції нейтрофільних позаклітинних пасток (NETs) для запобігання гострого респіраторного дистрес синдрому (ARDS)", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0517.

Науковий керівник проєкту

Ярмолюк Сергій Миколайович

завідувач відділу біомедичної хімії, доктор хімічних наук, професор
Тел: (380-44) 526-34-49;
факс: (380-44) 526-07-59.
https://www.linkedin.com/in/serhiy-yarmoluk-35885963/
Вебсайт: www.yarmoluk.org.ua

Науковці ІМБГ в кооперації з колегами з Інститут фізіології імені О.О. Богомольця НАН України віднайшли речовини, які можуть впливати на патогенетичні ланцюги коронавірусної хвороби і запобігти гострому запаленню легень.

Дослідження ще тривають, але попередні їх результати дають підстави вважати, що підібрані сполуки є перспективними для створення в подальшому медичних препаратів, які рятуватимуть від найнебезпечнішого наслідку коронавірусної хвороби - гострого респіраторного дистрес синдрому.

Учені поставили на меті підібрати речовини, які, впливаючи на відповідний фермент клітин крові – гранулоцитів (нейтрофілів), блокуватимуть розвиток запального процесу.

Згаданий фермент називається протеїнкіназа С бета (РКСВ), він є ключовим для «діяльності» нейтрофільних позаклітинних пасток. Такі пастки здатні вловлювати та затримувати «чужаків» - мікробів. Коли в наш організм потрапляє інфекція – віруси чи бактерії, - гранулоцити вибухають, викидаючи в позаклітинний простір своє ядро, тобто ДНК. Нейтрофільні пастки, власне, - це сіті, «сплетені» з ДНК загиблих клітин крові.

Проте під дією вірусу SARS-CoV-2 гранулоцити схильні до, образно кажучи, «масового самовбивства»; іншими словами - нейтрофільних позаклітинних пасток, які мали би захистити організм, утворюється настільки багато, що вони призводять, навпаки, до його саморуйнування.

Упродовж майже півтора року досліджень науковцям вдалося підібрати кілька сполук, які здатні пригнічувати здатність гранулоцитів до неконтрольованого утворення нейтрофільних позаклітинних пасток. Науковці відділу біомедичної хімії ІМБГ виконали комп’ютерне моделювання для передбачення сполук з потрібною біологічною активністю, а відтак синтезували спрогнозовані сполуки.

Від їх тестування на ізольованих лейкоцитах вчені перейшли до серії експериментів in vivo. Цю роботу проводять колеги з відділу загальної та молекулярної патофізіології Інституту фізіології ім. Богомольця. Застосування речовин-інгібіторів РКСВ, розроблених на даному етапі досліджень дає виражений протективний ефект щодо розвитку нейтрофільних екстрацелюлярних пасток в дослідах in vivo.

Рисунок 1 - Нейтрофільні гранулоцити (контрольна група тварин)

Рисунок 2 - Нейтрофільні гранулоцити (Вплив активатора НЕТозу)

Рисунок 3 - Нейтрофільні гранулоцити (Вплив активатора НЕТозу + застосування речовини-інгібітору РКСВ)

На думку команди науковців, підібрані сполуки мають дуже хороші перспективи в попередженні нейтрофіл-залежних ушкоджень при гострому запаленні легень у пацієнтів з ковідом.

Проєкт: "Сайт-спрямований мутагенез як інноваційний підхід для дослідження механізмів виникнення та подолання резистентності Mycobacterium tuberculosis до антибіотиків", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.02/0075

Епідемія туберкульозу в Україні давно стала національною проблемою: за даними МОЗ, кількість хворих складає понад 1% населення; втім, експерти вважають, що насправді їх значно більше. Кожен четвертий зареєстрований в Україні випадок - це мультирезистентний (тобто стійкий до антибіотиків) туберкульоз, що не піддається лікуванню існуючими протисухотними препаратами. До речі, пандемія ковіду загострила смертельну небезпеку для людей, які страждають від мультирезистентного туберкульозу. Оскільки вірус SARS-CoV2 є збудником атипової пневмонії, у хворих на сухоти перебіг коронавірусної хвороби, як правило, важкий, а ризик смертності – вищий.

Отже, науковці ІМБГ взялися за розробку нових антибіотиків для лікування резистентних форм туберкульозу.

Основною причиною виникнення стійкості до антибіотиків є мутації амінокислотних залишків в активному сайті білка-мішені, з яким зв’язується антибіотик. В результаті такої мутації антибіотик перестає зв’язуватись зі своєю мішенню, ліки втрачають ефективність. Для розробки потенційних протитуберкульозних препаратів наші вчені використали стратегію, за якої антибіотик буде зв’язуватись з двома мішенями, що дозволить суттєво знизити рівень розвитку резистентності. Як молекулярні мішені дослідники використали лейцил-тРНК та метіоніл-тРНК синтетази – два ферменти, які задіяні в процесі біосинтезу білка бактерії.

За допомогою сучасних методів віртуального скринінгу та машинного навчання наші науковці розробили ефективні інгібітори (інгібітор – це речовина, що сповільнює чи зупиняє перебіг хімічних реакцій, біохімічних процесів) цих двох ферментів. Розроблені інгібітори мають антибактеріальну активність відразу щодо трьох штамів збудника туберкульозу - рифампін-резистентного штаму (rpoBS450L), ізоніазід-резистентного штаму (katGdel) та моксіфлоксацин-резистентного штаму (gyrAD94K) M. tuberculosis.

Ці інгібітори є перспективою для створення нових антибіотиків.

Над цим дослідженням майже два роки працювали науковці трьох відділів ІМБГ - відділу біомедичної хімії, відділу ензимології білкового синтезу та відділу регуляторних механізмів клітини. Проєкт (керівник - доктор хімічних наук Сергій Ярмолюк), отримав фінансування від Національний фонд досліджень України.

Варто нагадати, що й раніше вчені ІМБГ активно вели дослідження з пошуку попередників ліків (lead compound) проти резистентних форм туберкульозу. Так, у 2017 р. інститут продав ліцензію на використання двох своїх патентів одній з українських фармацевтичних компаній. Сподіваємося, що й нинішнє дослідження, підтримане державою, невдовзі буде використано на практиці для боротьби з підступними формами туберкульозу.

Проєкт: "Комбіновані тест-системи для діагностики та аналізу експресії генів вродженого імунітету при небезпечних вірусних інфекціях", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0091.

Науковий керівник проєкту

Тукало Михайло Арсентійович

директор Інституту, завідувач відділу ензимології білкового синтезу,
академік НАН України, доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 200-03-35;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: mtukalo@imbg.org.ua

Проєкт: "Вивчення стану дихальної, серцево-судинної та імунної систем у хворих з пневмонією COVID-19 після трансплантації кріоконсервованих алогенних мезенхімальних стовбурових клітин" , 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0246.

Науковий керівник проєкту

Шаблій Володимир Анатолійович

старший науковий співробітник лабораторії біосинтезу нуклеїнових кислот, кандидат біологічних наук, докторант
Тел: (380-44) 200-03-74;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: v.a.shablii@imbg.org.ua

Про перший в Україні досвід лікування постковідної пневмонії за допомогою стовбурових клітин повідомлялося на сторінці facebook у лютому 2021 року.

Науковці ІМБГ продовжують вивчати вплив стовбурових клітин на стан дихальної, серцево-судинної та імунної систем людини і вже отримали перші помітні результати. Проєкт, над яким працює колектив вчених з лабораторії біосинтезу нуклеїнових кислот ІМБГ - Володимир Шаблій (керівник проєкту), Інесса Скрипкіна (Инесса Скрипкина), Тетяна Букреєва (Tetiana Bukreieva), Ольга Анопрієнко, Юлія Шаблій (Yulia Shabliy) та Ганна Світіна, у 2020 р. отримав грантову підтримку Національний фонд досліджень України. Окрема подяка вченим-епідеміологам, досвідченим лікарям з Київська міська клінічна лікарня 4, які працювали з хворими, зокрема, професору Олександру Дуді та його аспірантці Альоні Вегі, кандидату медичних наук Олексію Чибісову.

У фокусі уваги насамперед – імунні клітини та цитокіни у крові хворих на коронавірус. Зокрема, наші науковці досліджують, як змінюються міРНК, що регулюють запальний процес. Зауважимо, що МіРНК відкриті не так давно, тож науковці ІМБГ (як і молекулярні біологи в десятках передових держав світу) намагаються з’ясувати, як завдяки міРНК можна спрогнозувати важкість перебігу коронавірусної хвороби.

У результаті досліджень було встановлено динаміку клітинної іммуної відповіді на коронавірус протягом 4 тижнів, коли пацієнти одужували. Вчені виявили, що такий класичний маркер запалення, як С-реактинвий білок, хоча і є значно підвищеним у крові пацієнтів на момент госпіталізації, однак повністю не відображає процес нормалізації імунної відповіді на патоген протягом 4 тижнів. Більш демонстративними маркерами запалення є фактор некрозу пухлин альфа (TNF-a), інтрлейкін-6 (IL-6) та IP-10. Показано, що такі міРНК, як прозапальні miR-21-5p, miR-221-3p, miR-27a-3p, miR-146a-5p, miR-133a-3p та miR-126-3p, значно підвищені у хворих на початку госпіталізації та падають на момент раннього одужання. Згідно з результатами нашого кореляційного аналізу, найвизначніший вплив на рівень запальних цитокінів та міРНК виявили CD8+ Т-клітини та дендритні клітини.

Щодо змін в клітинному імунітеті, то на момент гострого запалення у пацієнтів спостерігалося зниження лейкоцитів, гранулоцитів, лімфоцитів, натуральних кілерів, CD25+ Т-клітин та дендритних клітин і одночасне підвищення вмісту Т-клітин та моноцитів. Вміст різних субпопуляцій Т-хелперів та Т-цитотоксичних клітин (клітин пам’яті, ефекторів, активованих, старіючих та виснажених) зростає протягом періоду одужання, що свідчить про активування адиптовної імунної відповіді. Зростання рівня маркера супресії імунної відповіді PD-1 на Т–клітинах, а також на регуляторних CD4 та CD8 T-клітинах свідчить про розвиток механізму зворотного контролю запального процесу. Наразі розпочато дослідження щодо впливу стовбурових клітин на динаміку вказаних показників для розуміння фундаментальних аспектів їх терапевтичного впливу на патогенез гострого респіраторного дистрес синдрому.

Однак вже зрозуміло, що клітинна терапія покращує перебіг захворювання, пацієнти виписуються зі шпиталю на 3 доби раніше, ніж хворі, які проходили класичне медикаментозне лікування. Наші вчені виявили відмінності в динаміці змін рівня прозапальних міРНК (miR-27a-3p, miR-146a-5p, miR-126-3p) у крові пацієнтів, які, окрім класичної терапії, отримували лікування стовбуровими клітинами.

Решта досліджень будуть завершені до кінця 2021 року.

Варто згадати, що левову частку гранту ІМБГ використав на закупівлю необхідного у даному дослідженні обладнання, яке відтак буде використано і для інших досліджень: ПЛР-апарат та бокс біологічної безпеки для стерильної роботи з біологічним матеріалом.

11 вересня 2021 р. "Одужати за кілька днів!" Автор статті - Світлана ГАЛАТА. З сайту НФДУ.

Проєкт: "Молекулярні компоненти інвадоподій як прогностичні фактори злоякісних пухлин грудної залози людини", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0021

Науковий керівник проєкту

Риндич Алла Володимирівна

завідувач відділу функціональної геноміки, член-кореспондент НАН України,
доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 200-04-16;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: rynditch@imbg.org.ua

Науковці з відділу функціональної геноміки досліджують групу протеїнів, що беруть участь в утворенні інвадоподій – спеціалізованих мембранних виростів тих злоякісних клітин, які залучені до формування метастазів. Ці дослідження відкривають шлях до розробки нових підходів до терапії та ранньої діагностики злоякісних пухлин, ще до того, як ті почнуть метастазувати.

Роботу наших вчених підтримав Національний фонд досліджень України. Керівник проєкту – член-кореспондент НАНУ, професор, доктор біологічних наук Алла Володимирівна Риндич.

Метастази виникають внаслідок перенесення клітин з осередку, де виникла пухлина, до інших тканин та органів. Цей аспект у перебігу онкозахворювання є чи не найнебезпечнішим для пацієнта і за відсутності своєчасної та високоточної діагностики може бути фатальним. Відомо, що при ранньому виявленні пухлин молочної залози пацієнти мають сприятливий прогноз, проте часто вони звертаються за допомогою вже після виникнення симптомів, і під час обстеження лікарі вже можуть виявити метастази. Саме тому надзвичайно важливою є розробка нових засобів діагностики, які дозволять виявити ранні, непомітні прояви метастазування в організмі. Інвазивні злоякісні клітини здатні утворювати інвадоподії, завдяки яким, «проїдаючи» міжклітинну речовину, від’єднуються від первинної пухлини та мігрують до віддалених тканин, формуючи таким чином метастази. Саме тому інвадоподії та протеїни, важливі для їх формування, є вдалою мішенню для виявлення потенційних вторинних пухлин в організмі пацієнта.

Вчені з відділу функціональної геноміки фокусуються на дослідженні протеїнів родини TKS та верпролінів, які беруть участь на різних етапах утворення інвадоподій та є обов’язковими їх компонентами. Відомо, що кількість цих протеїнів збільшується в інвазивних злоякісних клітинних лініях (тобто таких, що здатні до метастазування) порівняно з неінвазивними (нездатними до утворення метастазів). Дослідження експресії генів TKS та верпролінів у клінічних зразках злоякісних пухлин грудної залози різних підтипів дозволять використовувати компоненти інвадоподій як специфічні онкомаркери, за допомогою яких можна точніше прогнозувати виникнення метастазів на ранніх стадіях.

На сьогодні молекулярні компоненти інвадоподій, а також характер їхніх взаємодій є недостатньо вивченими. Наші вчені виявили нових протеїнових партнерів для TKS та верпролінів і охарактеризували нову ізоформу TKS4 – TKS4b, що також є компонентом інвадоподій. Встановлено, що протеїни TKS4b та малодосліджений верпролін CR16 підвищують такі показники інвазивності, як проліферативний потенціал та міграція клітин. Детальне вивчення функцій цих протеїнів важливе як для розуміння молекулярних механізмів формування інвадоподій, так і для розширення уявлень щодо процесу метастазування в цілому.

Це дослідження – з царини фундаментальної науки, проте вже сьогодні розглядаються можливості використання ключових протеїнів інвадоподій в якості неінвазивних біомаркерів та мішеней для створення високоспецифічних ліків.

Проєкт: "Розробка засад біотехнологічного виробництва нових гіпотензивних і протиаритмічних алкалоїдів раувольфії зміїної Rauwolfia serpentina Benth.", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.01/0258

Науковий керівник проєкту

Кунах Віктор Анатолійович

завідувач відділу генетики клітинних популяцій, член-кореспондент НАН України,
доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 526-07-98;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: kunakh@imbg.org.ua

Серцево-судинні захворювання – найпоширеніші серед хвороб та є причиною понад 50% загальної смертності. Це зумовлює актуальність виробництва кардіологічних, зокрема антиаритмічних препаратів природного походження. Індольні алкалоїди, зокрема аймалін та його похідні, – найефективніші лікарські засоби серед відомих препаратів для лікування шлуночкових аритмій серця з мінімальними побічними діями.

Тропічну рослину раувольфію зміїну (Rauwolfia serpentina Benth. Ex Kurz) протягом століть використовували в аюрведичній медицині під назвою sarpagandha, а з 30-х – 50-х років 20 століття вона привернула увагу доказової медицини завдяки відкриттю індольних алкалоїдів аймаліну, резерпіну, йохимбіну та ін. Сировиною для добування цих алкалоїдів слугують корені рослини, де накопичується загалом понад 50 різних алкалоїдів, що мають гiпотензивну, антиаритмічну, психотропну дiю. В нашій державі індольні алкалоїди не виробляють, натомість використовують синтетичні протиаритмічні препарати з побічними ефектами. Це зумовлює необхідність розробки новітніх технологій одержання дефіцитної екологічно чистої рослинної сировини, що містить біологічно активні сполуки (БАС) для виробництва лікарських препаратів та біологічно активних добавок.

Дослідники відділу генетики клітинних популяцій Інституту молекулярної біології і генетики НАН України розробили альтернативний біотехнологічний метод отримання біомаси раувольфії зміїної в культурі in vitro. Отриманий у відділі штам культури тканин R. serpentina не має світових аналогів за продуктивністю композиції індольних алкалоїдів. Проведено комплексні дослідження отриманої культури тканин. Штам культури тканин раувольфії вивчений на цитогенетичному та молекулярно-генетичному рівні, проведено попередній хроматографічний аналіз вмісту алкалоїдів у біомасі. Результати біохімічного, цитогенетичного та молекулярно-генетичного аналізу свідчать про стабільність геному і продуктивність створеного штаму за тривалого вирощування. Виявлено, окрім аймаліну, резерпін, воміленін, аймаліцин, серпентин, перакін, α-йохімбін, 17-о-ацетил-аймалін. Отримана в умовах in vitro біомаса раувольфії є асептичною, за якістю близькою або навіть кращою за сировину, що заготовлюється в природі. Отримані алкалоїди, очевидно, можна використовувати для профілактики, корекції та лікування захворювань серцево-судинної системи.

Метою проєкту були розробка регламенту одержання біомаси культури тканин раувольфії зміїної, виділення з неї нових алкалоїдів та первинне вивчення їхньої фізіологічної дії.

В рамках виконання проєкту перш за все досліджено вплив умов вирощування культури тканин раувольфії зміїної на приріст клітинної біомаси та накопичення вторинних метаболітів. Створено продуктивну клітинну лінію К27М, яка накопичує цільові гіпотензивні та протиаритмічні алкалоїди (рис. 1).

Встановлено, що оптимальними умовами для її вирощування є спеціально розроблене живильне середовище 10С з підвищеним до 10% вмістом сахарози, вирощування у темряві за температури 27-28°С і відносній вологості повітря 65-75% впродовж 40-45 днів до пересадки і 60-70 днів до знімання урожаю. Накопичено 5 партій клітинної біомаси з відмінним вмістом алкалоїдів у кількості 8,5 кг. Розроблено ключові стадії виділення, очистки та ідентифікації алкалоїдів з клітинної біомаси.

Рис 1. Масштабне вирощування штаму К-27М культури тканин R. serpentina для отримання клітинної біомаси з підвищеним вмістом індольних алкалоїдів.

У отриманій клітинній біомасі методами ВЕРХ проведено ідентифікацію алкалоїдів, виділено та очищено окремі алкалоїди аймалінового типу. Зокрема, виділено та очищено 2 г протиаритмічного алкалоїду аймаліну та 8 г суми індолінових алкалоїдів.

Встановили, що створений продуктивний штам К-27М культури тканин раувольфії зміїної накопичує 20 індольних алкалоїдів, серед яких є гіпотензивні і протиаритмічні алкалоїди (рис. 2). Більшість у сумі алкалоїдів складали алкалоїди аймалінової групи: аймалін, ацетилаймалін, ацетилнораймалін, аймаліцин, метилаймалін. Окрім того, у клітинній біомасі присутні раукафрицин, рауфлоридин, йохимбін, йохимбінова кислота, ебурнамонін, перакін, грамін, резерпін, алстонін, стріктосидин, таберсонін, ацетилвоміленін, ресціннамін, дезепрідин, триптамін. Вміст алкалоїдів резерпінової групи був меншим порівняно з аймаліновою та складав близько 6% від суми алкалоїдів.

Рис 2. Хроматограма алкалоїдів у клітинній біомасі штаму К-27М R. serpentina: 1) хроматограма за повним іонним струмом; 2) хроматограма за іоном m/z 327 (іон [M+H]+ аймаліну); 3) хроматограма за іоном m/z 609 (іон [M+H]+ резерпіну); 4) хроматограма за іоном m/z 355 (іон [M+H]+ йохімбіну).

Серед індольних алкалоїдів у клітинній біомасі раувольфії встановили найбільший вміст аймаліну та його похідних – 0,69 % від сухої маси, дещо нижчий – йохимбіну (0,020%) та резерпіну (0,009%) (табл. 1).

Алкалоїд (m/z)Вміст алкалоїдів у клітинній біомасі, % від сухої маси
Аймалін та його ізомери3270,690
Резерпін та його ізомери6090,009
Йохімбін та його ізомери3550,020

Таблиця 1. Кількісний вміст індольних алкалоїдів у клітинній біомасі штаму К-27М R. serpentina.

Сума аймаліну та структурно подібних алкалоїдів оціночно склала 1,6% від сухої маси. Оціночне значення суми всіх алкалоїдів раувольфії зміїної становило 2,8%.

Наступним завданням роботи було відпрацювання методів для крупнолаборатонрого нарощування біомаси.

На основі відпрацьованих методів приготування та стерилізації достатніх об’ємів живильного середовища, підготовки посуду та інструментів для нарощування біомаси в необхідних об’ємах, було розроблено Лабораторний регламент отримання клітинної біомаси раувольфії зміїної (рис 3.).

Рис. 3. Технологічна схема виробництва сухої клітинної біомаси на основі використання штаму К-27М культури тканин раувольфії зміїної.
ДР – допоміжні роботи; ТП – стадія основного технологічного процесу; ПМВ – стадії пакування, маркування та відвантаження продукції.

На рис. 4 зображено термальну кімнату з культурою тканин R. serpentina в ході відпрацювання методів для крупнолабораторного нарощування клітинної біомаси.

Рис. 4. Культура тканин раувольфії зміїної в термальній кімнаті відділу генетики клітинних популяцій ІМБГ НАН України.

В результаті проведених хімічних досліджень створено Лабораторний регламент екстракції алкалоїдів із сухої біомаси культури тканин раувольфіі зміїної, де охарактеризовано процес екстракції концентрату суми алкалоїдів із сухої біомаси культури тканин, хроматографічної очистки концентрату суми алкалоїдів R. serpentina, а також виділення окремих алкалоїдів (рис. 5).

Рис 5. Технологічна схема екстракції алкалоїдів з біомаси культивованих тканин R. serpentina. ДР – допоміжні роботи; ТП – стадія основного технологічного процесу; ПМВ – стадії пакування, маркування та відвантаження продукції.

Спільно із науковими співробітниками ДУ «Інститут фармакології та токсикології Національної Академії Медичних Наук України» проведено скринінгові дослідження індольних алкалоїдів, виділених з біомаси раувольфії зміїної, з метою встановлення у них фізіологічної дії, у першу чергу антиаритмічної та/або гіпотензивної активності.

Було вивчено релаксуючу дію еквімолярних концентрацій 5 фракцій алкалоїдів на кільцевих сегментах грудної аорти щурів, оцінено величину релаксуючої дії різних концентрацій обраного алкалоїду на ізольованих сегментах грудної аорти щурів і визначено її мінімальну та напівмаксимальну ефективні дози (ЕD20, ЕD50). Встановлено величину і тривалість гіпотензивної дії одноразового введення мінімальної ефективної (ЕС20) та максимальної дози обраної фракції алкалоїду на артеріальний тиск у щурів, вивчено антиаритмічну дію еквімолярних концентрацій 5 отриманих фракцій алкалоїдів на папілярних м'язах серця щурів та на моделі адреналінової аритмії. Досліджено вплив різних концентрацій фракції-лідера на частоту розвитку реперфузійних екстрасистол і зміни інтервалу QTC ЕКГ на моделі субтотальної ішемії ізольованого серця мурчаків.

У результаті застосування на щурах суми алкалоїдів, екстрагованих із клітинної біомаси R. serpentina, у дозах 0,0288-28,8 мкг/мл встановлено судинорозширювальну дію сумарного препарату, що дає експериментальні передумови для використання дослідженого екстракту в якості вазодилятатора та α-адреноблокатора, що є перспективним для подальшої розробки лікарських препаратів (рис 6). Наслідком дії препаратів α-адреноблокаторів є розширення периферичних судин (у більшій мірі артеріол та прекапілярів), зниження периферичного опору судин та зниження артеріального тиску. α-адреноблокатори також спричинюють розслаблення гладеньких м'язів простати і її капсули, а також шийки сечового міхура, внаслідок чого зменшується опір і тиск в сечових шляхах. Саме тому, дані препарати можуть бути перспективними для застосовування при гіперплазії передміхурової залози.

Рис. 6. Оригінальна крива впливу зростаючих концентрацій препарату на скорочення ГМ аорти, попередньо активованих фенілефрином.
Вісь Х - час (год.:хв.:сек.мс), вісь Y - сила скорочень (г).

Окрім того, фракції індольних алкалоїдів протестовано на здатність чинити релаксуючу та гіпотензивну дію, а також на наявність антиаритмічної активності. У результаті виявлено, що фракції 3, 4 і 5 на кільцевих сегментах грудної аорти щурів чинять релаксуючу дію, але в умовах цілісного організму гіпотензивний ефект відсутній. Фракція 5 має чітко виражені антиаритмічні властивості. При цьому спостерігали, що при підвищенні концентрації екстракту клітинної біомаси раувольфії зміїної ефект може бути проаритмічним (позитивний батмотропний ефект).

Отже, в результаті проведених в рамках проєкту НФДУ досліджень створено високопродуктивну лінію К-27М культури тканин раувольфії зміїної, яка є найпродуктивнішою з усіх відомих культур тканин і клітин R. serpentina. Лінія накопичує понад 2% індольних алкалоїдів у сухій біомасі, основну частину серед яких складають протиаритмічний алкалоїд аймалін та його похідні. Розроблено лабораторні регламенти отримання сухої біомаси культури тканин R. serpentina та екстракції алкалоїдів з сухої біомаси, що створило підґрунтя для подальшого фармакологічного вивчення алкалоїдів раувольфії зміїної.

Виявлено, що досліджені екстракти сухої біомаси раувольфії зміїної мають чітко виражену судинорозширювальну активність. Встановлено α-адреноблокувальний ефект екстракту клітинної біомаси R. serpentina, котрий може знайти широке застосування у клініці як судинорозширювальний препарат та адренолітик α типу, зокрема при лікуванні захворювань передміхурової залози. Досліджено антиаритмічну активність екстракту клітинної біомаси раувольфії зміїної.

ВИКОНАВЦІ ТА ОБЛАДНАННЯ ПРОЄКТУ:

Керівник проєкту Кунах Віктор Анатолійович, член-кор. НАН України, д.б.н., професор, зав. відділу генетики клітинних популяцій ІМБГ НАН України.

Виконавець проєкту Ярмолюк Сергій Миколайович, д.х.н., професор, зав. відділу біомедичної хімії ІМБГ НАН України.

Виконавець проєкту Андрєєв Ігор Олегович, к.б.н., провідний науковий співробітник відділу генетики клітинних популяцій ІМБГ НАН України. Обладнання - Термостати сухоповітряні TC- 320 та ТС 80.

Виконавці проєкту: Лукашов Сергій Степанович (праворуч), к.х.н., старший науковий співробітник та Вдовін Василь Станіславович (ліворуч), провідний інженер відділу біомедичної хімії ІМБГ НАН України.

Виконавець проєкту Можилевська Людмила Петрівна, науковий співробітник відділу генетики клітинних популяцій ІМБГ НАН України. Обладнання - ламінарний бокс біологічної безпеки 1 класу ШП-01.

Виконавці проєкту: Бєда Олександр Андрійович, к.х.н., науковий співробітник та Кандиба Вікторія Анатоліївна, науковий співробітник відділу біомедичної хімії ІМБГ НАН України. Обладнання - шафа сушильна з примусовою циркуляцією СП 50.

Виконавець проєкту Конвалюк Ірина Іванівна, к.б.н., науковий співробітник відділу генетики клітинних популяцій ІМБГ НАН України. Обладнання - Кабінет (бокс ламінарний) з вертикальним ламінарним потоком AIRSTREAM®, LVG-4AG-F8.

Кабінет (бокс ламінарний) з горизонтальним ламінарним потоком AIRSTREAM® GEN 3, LHG4AG-F8.

Автоклав паровий вертикальний M0-ST-VА (75л).

Дистилятор ДЕ-5.

Орбітальний шейкер WiseShake Shr 2d Daihan.

Холодильник фармацевтичний з морозильною камерою HYCD-282.

Вирощування культури тканин раувольфії зміїної (Конвалюк Ірина Іванівна, науковий співробітник, к.б.н.).

Проєкт: "Дослідження особливостей формування сучасних біоселективних елементів на основі наноматеріалів різної природи для електрохімічних біосенсорів та сенсорних масивів із заданими та керованими властивостями", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.02/0097

Науковий керівник проєкту

Дзядевич Сергій Вікторович

заступник директора з наукової роботи, головний науковий співробітник відділу біомолекулярної електроніки, член-кореспондент НАН України, доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 200-03-28;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: dzyad@yahoo.com

Загрози, на які щодня наражається людина при контакті з біологічними та хімічними речовинами, спонукають до розробки нових типів приладів для їх визначення. Альтернативою класичним методам аналітичної хімії є електрохімічні біосенсори; вже існують успішні розробки їх лабораторних прототипів, на ринок вийшла низка конкурентоспроможних біосенсорних приладів.

В останнє десятиліття стрімко зросла кількість розробок біосенсорів з використанням нанотехнологій. Проте більшість цих робіт є емпіричними і стосуються окремих типів перетворювачів та біосенсорів. Переважно розробники обирають тип наноматеріалу без ґрунтовного аналізу можливостей різних систем перетворення сигналу, специфічних особливостей перетворювачів та біоселективного матеріалу. Тому основні переваги біосенсорів не завжди використовуються з максимальною ефективністю.

Можливі різні шляхи використання наноматеріалів для покращення аналітичних характеристик біо- та хемосенсорів: наноматеріали можуть бути коіммобілізовані (тобто закріплені на твердому носії) разом із біологічною складовою, або ж інтегровані в поверхню перетворювача. Також деякі наночастинки можна самостійно застосовувати як селективний елемент хемосенсорів. Це забезпечує широкий спектр підходів до вдосконалення аналітичних характеристик біосенсорних пристроїв. Отже, залежно від поставлених задач можна контрольовано змінювати необхідні характеристики сенсорів, підібравши відповідний наноматеріал та розробивши процедуру його застосування.

Колектив науковців з відділу біомолекулярної електроніки ІМБГ дослідив особливості формування сучасних біоселективних елементів на основі різних наноматеріалів для застосування в електрохімічних біосенсорах та сенсорних масивах із заданими та керованими властивостями.

Цей проєкт фінансово підтримав НФДУ – колектив з десяти учених на чолі з професором, членом-кореспондентом НАН України Сергієм Дзядевичем у 2020 р. отримав грант.

Основні завдання проєкту, які виконують учені ІМБГ:

  1. Застосування наноматеріалів різної природи для підвищення чутливості перетворювачів до цільової зміни параметрів аналізованого середовища (рН, провідність, концентрація електро-активних речовин, тощо) та їхньої стабільності.
  2. Використання наноматеріалів для покращення процедури іммобілізації ферментів залежно від типу перетворювача та методу аналізу (амперометричний, кондуктометричний, потенціометричний), а саме спрощення та уніфікація процедури, підвищення відтворюваності нанесення та стабільності.
  3. Застосування наноматеріалів для підвищення селективності біосенсорних елементів залежно від типу електрохімічних перетворювачів.
  4. Розробка підходів використання каліксаренів та цеолітів як селективних елементів хемосенсорів.
  5. Дослідження та оптимізація аналітичних характеристик біосенсорів на основі наноматеріалів для прямого аналізу субстратів з огляду на тип ферментів та прикладні завдання.
  6. Дослідження та оптимізація аналітичних характеристик ферментних біосенсорів на основі наноматеріалів для інгібіторного аналізу токсинів залежно від практичних прикладних завдань.
  7. Розробка узагальнених методик застосування наноматеріалів різної природи при розробці різноманітних електрохімічних біосенсорів та сенсорних масивів нового покоління.

Проведення такого системного теоретичного та експериментального аналізу роботи різних електрохімічних перетворювачів після модифікації іхньої поверхні наноматеріалами (цеоліти, каліксарени, вуглецеві та металеві наночастки, нанорозмірні додаткові шари) та іммобілізації низки ферментів (глюкозооксидаза, лактатоксидаза, уреаза, ацетилхолінестераза, бутирилхолінестераза, глутаматоксидаза, аргіназа, тощо) з використанням наночастинок дозволить покращити аналітичні характеристики біосенсорів.

Керована зміна властивостей отриманих біосенсорів та сенсорних масивів залежно від поставлених завдань, вибраних біологічно-чутливого елемента та перетворювача, а також типу реакції (прямий чи інгібіторний аналіз) дасть змогу розробляти біосенсори з заданими параметрами під конкретні задачі.

Такий комплексний підхід в подальшому дасть змогу зекономити час, зусилля науковців та кошти при розробці нових типів портативних біосенсорних приладів.

На сьогодні за результатами роботи опубліковано три статті в журналах Electroanalysis (IF 3,2), Applied Nanoscience (IF 3,67) та Sensor Electronics and Microsystems Technologies.

Про те, які біосенсори розробили у відділі біомолекулярної електроніки ІМБГ, шукайте за хештегом #біосенсори.

Фото 1: зовнішній вигляд біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів та мікрозображення мембран.

 

Фото 2 - різні типи цеолітів, отримані за допомогою скануючого електронного мікроскопу: наноцеоліт Бета (A), наноцеоліт L (силікаліт 80 нм (C), силікаліт 160 нм (D), силікаліт 450 нм (E), мезопористі кремнієві сфери (F), цеоліт L (G), цеоліт LTA-4 (H), цеоліт LTA-9 (I), цеоліт LTA-22 (J), цеоліт A (K), цеоліт Бета-30 (L), цеоліт Бета-40 (M), цеоліт Бета-50.

 

Фото 3 - загальний вигляд установки для імпедансних вимірювань на основі багатофункціональної електрохімічної системи VoltaLab®.

 

Фото 4. - загальний вигляд установки для амперометричних вимірювань на основі портативного потенціостата PalmSens

 

Проєкт: "Встановлення особливостей структурної організації комплексу елонгації трансляції eEF1B людини" , 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.02/0028

Науковий керівник проєкту

Негруцький Борис Сергійович

завідувач відділу структурної і функціональної протеоміки,
доктор біологічних наук, професор
Тел: (380-44) 200-03-37;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: negrutskii@imbg.org.ua

Учені Інституту молекулярної біології і генетики НАН України побудували першу в світі атомарну модель комплексу білків eEF1B. Відкриття дає підґрунтя для розуміння одного з найважливіших процесів у клітинах людського організму – біосинтезу білків. Над проєктом, який фінансово підтримав Національний фонд досліджень України, працював колектив науковців на чолі з професором Борисом Негруцьким.

Це відкриття з царини фундаментальної науки. Вчені розшифрували просторову організацію трансляційного комплексу eEF1B, що складається з кількох білків. Відкриття дає підґрунтя для розуміння одного з найважливіших процесів в клітинах людського організму - біосинтезу білків. Мутації генів, які кодують білки eEF1Bα та eEF1Bβ, є «винуватцями» порушень розвитку нервової системи, викликають аутосомно-рецесивну інтелектуальну неспроможність та мікроцефалію. Відкриття, що відобразило світовий рівень досліджень наших вчених, дозволить краще зрозуміти природу згаданих мутацій, а відтак - слід сподіватися - у перспективі розробити засоби їх компенсації.

Ще один компонент комплексу – білок eEF1Bγ - є провірусним, тобто допомагає різним вірусам, включаючи ВІЛ, розмножуватися в організмі. Знання просторової структури цього білка може допомогти синтезувати хімічні речовини, що пригнічуватимуть його провірусну активність.

У багатьох платників податків може виникнути питання: навіщо витрачати бюджетні кошти на дослідження структури певних білків? Справді, досягнення фундаментальної науки можуть не мати очевидного прикладного значення сьогодні і зараз, так само, як свого часу відкриття електрики чи напівпровідників. Спочатку встановлюється фундаментальний науковий факт, а потім (іноді через роки, а то й десятиліття) результати відкриття входять у повсякденне життя. Вчених, які працюють у галузі фундаментальної науки, не так багато і в Україні, і в світі, але саме вони вкладають найбільше у стратегію поступового прогресу людства. А тепер професійною мовою про суть проєкту, який тривав два роки. Стратегія полягала у тому, щоб спочатку визначити просторові структури компонентів комплексу eEF1B – білків eEF1Bα, eEF1Bβ та eEF1Bγ, а потім, на основі цих знань, спробувати поєднати ці структури у єдиний мультибілковий комплекс.

Для дослідження просторової організації та мультимерного стану білків eEF1Bα, eEF1Bβ та eEF1Bγ були використані, зокрема аналітичне ультрацентрифугування та суперсучасний метод воднево-дейтерієвого обміну із подальшою мас-спектрометрією. На основі отриманих експериментальних даних методом комп’ютерного моделювання наші вчені побудували атомарні моделі білків eEF1Bα, eEF1Bβ та eEF1Bγ. Потім з індивідуальних білків формували подвійні комплекси eEF1Bα-eEF1Bγ та eEF1Bβ-eEF1Bγ.

Для подальшої роботи дуже важливим було обчислити співвідношення субодиниць в таких комплексах. Для розуміння того, яким саме чином ці білки взаємодіють один з одним, необхідно було визначити ділянки білків, залучені до такої взаємодії. Ці ділянки ідентифікували за допомогою воднево-дейтерієвого обміну з наступною мас-спектрометрією.

Для того, щоб підтвердити правильність визначення ділянок взаємодії, їх штучно видаляли з білків методом сайт-спрямованого мутагенезу. Модифіковані таким чином білки не формували комплекс, що свідчило про те, що ділянки взаємодії були ідентифіковані вірно.

На основі експериментальних даних за допомогою комп’ютерних методів будували тривимірні моделі таких подвійних комплексів.

Врешті, на підставі експериментальних і літературних даних проведено комп’ютерне моделювання розташування всіх субодиниць у комплексі eEF1B, із подальшою верифікацією цієї структури методом воднево-дейтерієвого обміну з наступною мас-спектрометрією, що надало змогу побудувати першу в світі атомарну модель комплексу eEF1B.

Рисунок 1. Експериментальна модель просторової структури білка eEF1Bγ.

 

Рисунок 2. Експериментальна модель просторової структури білка eEF1Ba.

 

Проєкт: "Розробка комбінованої терапії важких Klebsiella pneumoniae–асоційованих нозокоміальних інфекцій для подолання їхньої антибіотикорезистентності", 2020-2021 рр., реєстраційний номер проєкту: 2020.02/0246

Науковий керівник проєкту

Мошинець Олена Володимирівна

старший науковий співробітник відділу регуляторних механізмів клітини, кандидат біологічних наук
Тел: (380-44) 200-03-60;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: moshynets@gmail.com

Поширеність госпітальних інфекцій, зокрема в Україні, вже набула загрозливих масштабів. За даними ГО «Інфекційний контроль в Україні», щорічно госпітальні інфекції забирають життя щонайменше 50 000 людей.

Для вирішення проблеми антибіотикорезистентності треба рухатися кількома шляхами. Звичайно, пошук нових антибіотиків є важливою, хоч і дорогою стратегією такої боротьби. Все частіше полірезистентні інфекції сприймають як орфанні захворювання, але радше не через їхню рідкісніть, а через високовартісні розробки ліків із низькою економічною привабливістю внаслідок швидкої адаптації бактерії до антибіотиків та набуття нових резистентностей. Утім, в нашому інституті вже розробляють прототипи нових антибіотиків для боротьби із полірезистентним туберкульозом та стафілококом: facebook

Альтернативною та швидшою стратегією боротьби з полірезистентними інфекціями є off-label застосування фармакологічних препаратів для подолання антибіотикорезистентності. Перевагою такого підходу є наявність допущених до використання ліків, які можна застосовувати вже зараз у комбінаціях. Такі нові комбінації добре відомих препаратів можуть проявляти неочікувані властивості. Нещодавно повідомлялося про дослідження біоплівок бактерій: facebook

Такі біоплівки виявляють високу стійкість до антибіотиків та дезінфектантів завдяки високовпорядкованому просторовому надклітинному утворенню – біоплівці. Саме через біоплівки в інфекційному осередку інфекція може хронізуватись та загострюватись, а багато антибіотиків втрачають ефективність. Втім, саме цей спосіб надклітинної організації бактерій може бути новою терапевтичною мішенню та вікном можливостей для вже відомих фармпрепаратів.

Саме такому дослідженню присвячена робота «Розробка комбінованої терапії важких Klebsiella pneumoniae–асоційованих нозокоміальних інфекцій для подолання їхньої антибіотикорезистентності» (№ 2020.02/0246), яку підтримав НФДУ. Над проєктом працюють вчені ІМБГ Олена Мошинець, Яніна Похоленко, Ольга Юнгін, а також співробітники клінічних лабораторій та лікарі Катерина Руднєва, Вікторія Поточилова, Тарас Барановський, Олексій Крикунов.

Зокрема, в рамках проєкту досліджується можливість застосування макролідного антибіотика азитроміцина, до якого K. pneumoniae є стійкою, як анти-біоплівкового агента у складі комбінованої терапії інфекції, спричиненої мультирезистентними штамами K. pneumoniae.

Зазначимо, що мультирезистентні клебсієльози наразі є однією з головних терапевтичних проблем в стаціонарах нашої країни і часто стають причиною летальних наслідків. Наші науковці сподіваються за результатами проєкту запропонувати нову терапевтичну схему лікування таких інфекцій.

Фото 1. Триденні біоплівки госпітального штаму K. pneumoniae на моделі інфікованої рани з пористого колагенового 3D матриксу, колонізованого клітинами клітинної лінії людини, що перевивається.

03.07.2021 Детально про проблему госпітальних інфекцій та шляхи боротьби з ними Інтерв'ю з Оленою Мошинець. Автор: Тетяна Галковська. Цензор.НЕТ