Всероссийская конференция «Современные методы исследования в клеточной биологии и медицине» состоялась с 16 по 17 ноября 2023 года в Орле. Мероприятие организовано Орловским государственным университетом имени И.С. Тургенева и лабораторией клеточной физиологии и патологии Научно-технологического центра биомедицинской фотоники с целью обсуждения современного состояния, проблем и перспективных направлений исследований в области клеточной биологии и медицины, вовлечения молодых учёных в научно-инновационную деятельность.

В рамках пленарного заседания доклад «Нарушение митохондриальной динамики при нейродегенерации» прочел Алексей Валерьевич Бережнов, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточных механизмов нейропатологий Института биофизики клетки Российской академии наук – обособленного подразделения Федерального исследовательского центра «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук».

Алексей Валерьевич отметил, что митохондрии играют ключевую роль в обеспечении клеток энергией и выполняют иные функции, такие как поддержание гомеостаза Са2+, активация процессов апоптоза и другие. В клетках митохондрии связаны в митохондриальный ретикулум и подвергаются постоянным превращениям в процессах слияния и деления (митохондриальная динамика), внутриклеточного транспорта митохондрий, а также биогенеза митохондрий и их селективной аутофагии – митофагии. Митохондриальный гомеостаз поддерживается системой «контроля качества» митохондрий.

«Нарушения в указанных процессах вследствие мутаций или при действии токсинов и других факторов могут приводить к неблагоприятным последствиям, приводящим к клеточной гибели. Одним из основных повреждающих факторов при этом является сверхпродукция активных форм кислорода дисфункциональными митохондриями. На организменном уровне проявлениями таких нарушений являются различные патологии. Среди них – нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и ряд других», – сказал Алексей Валерьевич Бережнов.

Нормальное функционирование митохондрий критически важно для нейронов – клеток, которые имеют высокую потребность в энергии. Накопление патологических белковых агрегатов, характерных для ряда нейродегенеративных заболеваний, затрудняет аксональный транспорт митохондрий. Нарушения процессов деления митохондрий может приводить к затруднению их деградации по пути митофагии. Известны мутации, приводящие к нарушению процессов митофагии, деления либо слияния и биогенеза митохондрий. Наличие таких мутаций сопряжено с развитием нейродегенеративных заболеваний.

В работе «Нарушения митохондриальной динамики при нейродегенерации» авторы, в составе которых сотрудники ИБК РАН Алексей Валерьевич Бережнов, Евгения Игоревна Федотова, Кристина Андреевна Крицкая и Александр Дмитриевич Надеев, рассмотрели возможность умеренной активации митофагии, оценили нейропротекторный потенциал такой активации и показали, что кратковременное закисление лактатом или пируватом натрия обладало защитным эффектом в клеточных токсических моделях Болезни Паркинсона. На уровне целого организма – в мышиной ротеноновой модели Болезни Паркинсона – защита от нейродегенерации была достигнута в состоянии гиперкапнии при периодическом кратковременном закислении, вызванном вдыханием воздуха с избытком СО2.

На пленарном заседании обсуждались современные направления борьбы с нейродегенеративными заболеваниями, медицинские приложения лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения, способы обойти перисоматическое торможение в гиппокампе, а также 30-летняя история развития технологии время-коррелированного счета одиночных фотонов и переход от исследований одиночных молекул до клинических приложений.

Пленарные доклады прочли представители Томского государственного университета, НИИ экспериментальной онкологии и биомедицинских технологий Приволжского исследовательского медицинского университета, Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, НИЛ Нейрофизиология Казанского федерального университета и других организаций.

Работа конференции велась в двух научных секциях, заседания которых прошли 16 и 17 ноября. Первая – «Исследования физиологических процессов в клеточных культурах и тканях». В ее рамках сотрудники ИБК РАН представили два доклада.

Кандидат биологических наук Евгения Игоревна Федотова рассказала об оценке клеточных нарушений в моделях болезни Паркинсона. Это распространенное нейродегенеративное заболевание, возникающее вследствие гибели дофаминергических нейронов в черной субстанции среднего мозга. Эффективные способы лечения болезни Паркинсона отсутствуют, поэтому имеется необходимость детального изучения механизмов, лежащих в основе нарушений, вызывающих потерю нейронов. Для проведения исследований in vitro существует потребность в использовании различных экспериментальных моделей, воспроизводящих клеточные нарушения при болезни Паркинсона. К таким нарушениям относят повреждение митохондрий, окислительный стресс, изменения контроля качества митохондрий, накопление агрегатов альфа-синуклеина, стресс эндоплазматического ретикулума и нарушения Са2+-сигнализации. В качестве клеточных моделей используют первичные нейроглиальные культуры, пересеваемые клеточные линии, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Существуют токсические модели, которые создаются путем обработки клеток нейротоксинами, и наследственные модели, основанные на изменении экспрессии генов, приводящих к развитию болезни.

В представленной на конференции работе Евгения Игоревна оценивала изменения внутриклеточных параметров в наследственной (на фибробластах человека с мутациями в генах PINK1, LRRK2) и токсической (культуре нейробластомы SH-SY5Y, обработанной нейротоксином MPP+) моделях болезни Паркинсона.

«В работе было показано, что в токсической MPP+-индуцированной клеточной модели уровень внутриклеточного pH не изменялся, было нарушено состояние митохондрий и процессы контроля качества митохондрий, а также увеличено количество мертвых клеток по сравнению с контрольной культурой нейробластомы. В фибробластах с мутацией PINK1 уровень pH был понижен, нарушены биоэнергетическое состояние митохондрий и морфология митохондриальной сети, при этом жизнеспособность клеток в мутантных культурах не отличалась от таковой в контрольной культуре», – сказала Евгения Игоревна Федотова.

Доклад «Изучение митохондриальной сети при различных патологических состояниях» представила сотрудник лаборатории клеточных механизмов нейропатологий ИБК РАН Кристина Андреевна Крицкая. Она отметила, что в последнее время появляется все больше данных, свидетельствующих о центральной роли митохондрий в спорадической и наследственной формах болезни Паркинсона. Митохондрии в клетках образуют сложные сети, морфология которых изменяется в ответ на патологические условия. Однако неизвестно, как связана различная морфология митохондриальной сети с конкретными мутациями, приводящими к наследственной болезни Паркинсона. Целью исследования являлось изучение морфологии митохондриальной сети в фибробластах пациентов с мутациями и двух контрольных линиях в нормальных условиях и при воздействии стресса.

«Наиболее отличающейся морфологией, как в нормальных условиях, так и при воздействии перекиси водорода обладали фибробласты с двойной мутацией PINK1 и Parkin. Их митохондриальная сеть была значимо больше, чем в двух контрольных линиях и у других фибробластах с мутациями, при этом у них также было увеличено количество индивидуальных митохондрий. Кроме того, при воздействии перекиси водорода у всех анализируемых фибробластов снижалась площадь митохондриальной сети, кроме клеток с PINK1 и Parkin и SNCA мутациями. Полученные результаты будут полезны для более детального понимания роли морфологии митохондриальной сети при болезни Паркинсона», – отметила Кристина Андреевна.

Также в ходе работы секции «Исследования физиологических процессов в клеточных культурах и тканях» обсуждались многие вопросы, включая такие, как поиск потенциальных нейропротекторных направлений от ft-амилоидной нейротоксичности; патофизиологические аспекты поражения печени у детей при дефиците альфа-1-антитрипсина; иммуногистохимический анализ при диагностике рака предстательной железы; оценка пространственной локализации и механизма изменения редокс-баланса в клетках с патологией методом флуоресцентной микроскопии; анализ качественных и количественных изменений биомаркеров острого повреждения почек в определении степени фармакопротекции.

Вторая научная секция конференции «Применение методов биофотоники в медико-биологической практике». Среди тем выступлений: мультимодальное исследование параметров агрегации и деформируемости эритроцитов при сердечно-¬сосудистых заболеваниях; спектральный состав флуоресценции печени у пациентов с механической желтухой; фотоплетизмография для диагностики пациентов с холодовой крапивницей; исследование микроциркуляции крови тканей яичников в животной модели преждевременной недостаточности яичников; оценка функционального состояния печени у пациентов с синдромом механической желтухи с позиции чрескожных минимально инвазивных вмешательств; применение метода гиперспектральной визуализации для определения жизнеспособности тканей кишечника при моделировании локальной ишемии; исследование влияния тяжести постковидного синдрома на изменение параметров системы микроциркуляции крови с помощью портативных анализаторов, а также многие другие.

Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева, Санкт-Петербургская Клиническая больница Святителя Луки, Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Орловская областная клиническая больница, Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН,

Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, Приволжский исследовательский медицинский университет, Смоленский государственный университет спорта и другие – в конференции приняли участие представители из различных научно-исследовательских, образовательных и медицинских организаций.