1.     Основное направление фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований

1. Иммуногенетические механизмы воспроизводства млекопитающих на фоне антигенных стимулов различной природы.
2. Нейробиологические эффекты наночастиц.
3. Научное сопровождение биотехнологических и прикладных задач ЦКП «SPF- виварий» ИЦиГ СО РАН.

2.     Задачи, решаемые в настоящее время в рамках базового бюджетного проекта

Проект: VI.53.2.1. «Иммуногенетические механизмы межорганизменных взаимодействий в репродуктивном цикле млекопитающих как фактор изменчивости потомков».

Руководитель проекта – д.б.н. М.П. Мошкин.

Задачи, запланированные на 2014-2016 гг.

По направлению "Иммуногенетические механизмы воспроизводства…":

1. Будут продолжены исследования иммунологических эффектов половых хемосигналов, в частности будут изучены эндокринные, цитокиновые и нейрональные (фМРТ) механизмы иммуномодулирующего влияния хемосигналов, выделяемых особями противоположного пола.
2. На моделях экспериментальной (различные диеты) и генетической модификации мукозального слоя кишечника будут исследованы изменения социального поведения, обусловленные различным характером взаимодействия организма хозяина с собственным микробиомом.
3. Будет продолжено изучение репродуктивных последствий иммунизации самцов накануне скрещивания, в частности, будут проанализированы поведенческие, физиологические и иммунологические характеристики потомков, а также исследовано влияние антигенной стимуляции на локальные уровни цитокинов в семенниках и эпидидимисе и выполнен гистологический анализ семенников на разных стадиях иммунного ответа.
4. Для изучения цитокиновой регуляции воспроизводства будет выполнено репродуктивное фенотипирование линий мышей с полным или кондиционным (тканеспецифическим) нокаутами гена фактора некроза опухолей (ФНО альфа).

По направлению «Нейробиологические эффекты наночастиц» будут решаться следующие задачи:

1. Исследование методом рентгеновского возбуждения флуоресценции в атомах платины распределения введенных интраназально наночастиц PtO в разных отделах головного мозга.
2. Изучение нейрофизиологических механизмов снижения температуры тела при интраназальной аппликации аморфных наночастиц и оценка возможности терапевтического применения наноиндуцированной гипотермии при экспериментальном моделировании ишемии головного мозга.
3. Исследование взаимозависимости каталитических свойств наночастиц и выраженности их биологических и патофизиологических эффектов
4. Оценка патогенетического потенциала аморфных и кристалических наночастиц марганца и платины в моделях нейродегенерации, обусловленной длительным интраназальным введением наноматериалов.
5. Исследование проницаемости для альвеолярной стенки разных типов наночастиц в зависимости от видовой и генетической принадлежности подопытных животных – мыши линий BALB/c, C57BL и обыкновенная слепушонка.

3.     Прикладные разработки

По направлению «Биотехнологические и прикладные задачи ЦКП «SPF-виварий» ИЦиГ СО РАН»:

1. Будут проведены испытания гепатопротекторного и гипотензивного действия препаратов Рейши, полученных из алтайского сырья.
2. Будут сформированы коллекции опухолей человека и панель экспериментальных моделей канцерогенеза, которые послужат основой для выполнения заказных работ по испытанию противоопухолевых препаратов.
3. Будет завершена работа по доклиническим испытаниям специфической токсичности декстразида (эмбриотоксичность и терратогенность) и подготовлено, совместно с заказчиком ООО «Алтай», регистрационное досье на новый препарат.
4. Будут созданы технологические основы для выполнения полного цикла работ по получению трансгенных мышей – моделей генетических патологий человека. 

4.     Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет

Согласно эпидемиологическим исследованиям, субмикронные и наноразмерные аэрозоли являются факторами риска нейроэндокринных и нейродегенеративных заболеваний. В этой связи становится актуальным изучение мозга как потенциальной мишени для наночастиц, оседающих в верхних дыхательных путях.

Использование нерастворимых магнитно-контрастных частиц оксида марганца (MnO) позволило исследовать методом магнитно-резонансной томографии (МРТ) пути перемещения нанообъектов из носовой полости в головной мозг (рис. 1). Установлено, что траектория позитивного контраста, регистрируемая в разные сроки после введения MnO (от 6 до 96 ч), соответствует нервным путям обонятельной системы. Эффективность поступления наночастиц из носовой полости в мозг зависит от состояния обонятельных рецепторов: запаховые стимулы усиливают перемещение, а блокаторы кальциевых каналов и тубулярного транспорта – ингибируют.

Рисунок 1. МРТ исследование пространственно-временной динамики перемещения магнитно-контрастных наночастиц MnO из носовой полости в головной мозг.

А. Электронная микроскопия наночастиц.

Б. Позитивный контраст на сагиттальном МРТ изображении головы мыши отражает распространение интраназально введенных наночастиц.

В. Зависимость интенсивности МРТ сигнала (у.е.) от содержания Mn в обонятельной луковице.

Г. Коллоидный раствор MnO и распределение наночастиц по размерам.

Д. Динамика накопления MnO в обонятельных луковицах

Е. Позитивный контраст на аксиальном срезе отражает накопление Mn в латеральном обонятельном тракте через 24 ч после интраназального введения наночастиц.

Неоднородное распределение наночастиц MnO с максмальным накоплением в обонятельных луковицах, гиппокампе, ядрах бледного шара и нейрогипофизе сохраняется при многократном введении в течение 6 недель. Наличие наночастиц в целевых структурах мозга подтверждает электронная микроскопия, выполненная в экспериментах с введением хорошо детектируемых частиц гидроксида платины [Pt(OH)₂]. В исходном растворе их размеры варьировали от 5 нм до 420 нм, но в мозг проходили только те частицы, которые не превышали 250 нм (рис. 2).

Рисунок 2. Электронно-микроскопическое детектирование наночастиц [Pt(OH)2] в клетках мозга.

А. Наночастицы Pt(OH)₂в исходном коллоидном растворе.

Б. Размеры наночастиц в исходном растворе и в структурах мозга.

В. Наночастицы в дендрите нейрона гломерулярного слоя ольфакторной луковицы.

Г. Наночастицы в митохондрии клетки гломерулярного слоя.

Д. Наночастицы в дендрите нейрона зубчатой извилины.

Эффекты, обусловленные осаждением наночастиц в носовой полости, не ограничиваются их поступлением в мозг. Используя разработанный нами имплантируемый термодетектор, мы установили, что с первых минут после интраназальной аппликации некоторых наночастиц у мышей падает температура тела. Эффект нельзя объяснить накоплением наночастиц в структурах мозга. Для этого требуется не менее 5-6 часов. Кроме того, введение наночастиц с веществами, ингибирующими их транспорт в головной мозг, не отменяет гипотермического эффекта. Гипотермическая эффективность наночастиц находится в прямой зависимости от их способности катализировать реакции окисления органических молекул. 

Рисунок 3. Влияние интраназального введения наночастиц на температуру тела мышей.

А. Динамика температуры тела в контроле (черная линия) и при интраназальной аппликации (показано стрелкой) коллоидного раствора PtO (коричневая линия).

Б. Имплантируемый детектор температуры (справа внизу) и устройство для считывания данных без изъятия детектора.

В. Влияние ингибиторов захвата и транспорта (CoC_l2, NH₄H) наночастиц на гипотермический эффект PtO.

Г. Корреляция гипотермического эффекта наночастиц с их способностью катализировать окисление тетраметилбензидина.

Полученные нами результаты задают ориентиры для направленного изучения нейробиологических и нейротоксических эффектов наночастиц, как фундаментальной основы для разработки регламентов испытаний биобезопасности наноматериалов.

(Приведенные результаты получены при выполнении интеграционных проектов совместно с Лабораторией морфологии и функции клеточных структур ИЦиГ СО РАН, Межинститутским сектором томографии лабораторных животных ИЦиГ СО РАН и МТЦ СО РАН, ИК СО РАН).

5.     Задачи, планируемые на перспективу:

Задачи на перспективу:

1. Исследовать молекулярно-генетические механизмы модуляции воспроизводства мышей под влиянием антигенных стимулов разной природы, в том числе и экспериментальной аллергии.
2. Изучить механизмы и биологическую значимость взаимодействия наночастиц с различными биополимерами в условиях in vitro и in vivo.
3. Исследовать морфофизиологические и молекулярно-клеточные механизмы природной адаптации к обитанию в среде с высоким содержанием наноаэрозолей.
4. Исследовать, совместно с Институтом ядерной физики СО РАН, механизмы действия и эффективность микропучкового синхротронного излучения при воздействии на животных с опухолями мозга.

Бывшие сотрудники