Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Богданов Алексей Алексеевич США, Россия
Номер договора
14.W03.31.0023
Период реализации проекта
2018-2020
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

9
Количество специалистов
42
научных публикаций
2
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Задачей проекта является создание междисциплинарного научного коллектива с целью получения прорывных результатов в рамках взаимосвязанных направлений исследований, находящихся на стыке молекулярной биологии, биофизики и медицины и достижение прорывов в области изучения эукариотических геномов c применением визуализации путем комплексных мультидисциплинарных исследований. Результаты исследований позволят ученым и врачам наблюдать за развитием патологических процессов в тканях и органах человеческого организма задолго до возникновения заболевания. Это станет возможным благодаря применению молекул-метчиков и молекулярного имиджинга, которые в будущем смогут определять предрасположенность к развитию подобных процессов.

Название проекта: Визуализация и инженерия эукариотических геномов




Цели и задачи

Направление исследований: Медицинские биотехнологии

Цель проекта: Достижение прорывных результатов в области картирования изображений эукариотических геномов с помощью мультимодальных томографических и мультидисциплинарных подходов, позволяющих оценивать эффективность работы системы CRISPR/Cas9 на различных биологических моделях: 2D-моделях клеток млекопитающих, сфероидах и 3D-моделях, на мелких лабораторных животных



Практическое значение исследования
Научные результаты:
  1. Проведена установка и введение в эксплуатацию исследовательского некриогенного прибора для доклинического МРТ;
  2. Проведены исследования в направлении разработки новой технологии мультимодальной регистрация оптических и МРТ изображений в одном и том же объеме ткани in vivo, что может быть обеспечено при использовании контрастных веществ для МРТ с эффектом оптического просветления.
  3. Изучены эффекты клинического магнитно-резонансного (МР)-контрастирования при использовании гадобутрола (ГадовистTM) и его комбинаций, и эффекты оптического просветления гадобутрола для эффективной флуоресцентной визуализации in vivo как при местном, так и при системном применении.
  4. Впервые созданы лентивирусные векторы-переносчики для доксициклин регулируемой экспрессии химерных белков на основе каталитически неактивного мутанта эндонуклеазы Cas9 (dCas9);
  5. Проведены эксперименты по коэкспрессии и локализации в ядре клеток химерных белков на основе ортологов dCas9. Новизна исследования заключается в разработке методов многоцветной маркировки ядерной ДНК клеток для обнаружения совместно локализованных и/или взаимодействующих химер dCas9-FP на основе FRET-эффекта;
  6. Индуцируемая доксициклин-зависимая экспрессия химерных белков на основе ортологов dCas9 продемонстрирована также in vivo методами флуоресцентного имиджинга с использованием технологии оптического просветления в подкожных опухолевых ксенографтах на мышах.
  7. Описан двойной эффект гадобутрола в качестве оптического просветляющего агента и в качестве МР-контрастного агента для визуализации перфузии опухоли, что подтверждает важность дальнейших мультимодальных экспериментов по визуализации.
  8. С помощью исследовательского некриогенного прибора для доклинического МРТ проведено исследование распределения смесей, просветляющих поверхность кожи, в подкожных тканях.
  9. Разработаны и апробированы неинвазивные подходы для изучения особенностей биодеградации композитных материалов на основе сополимеров с применением микроскопических и мультимодальных (томографических и флуоресцентных) методов. Данные полимеры предназначены для создания трибоэлектрических устройств для генерирования слабых электрических стимулов для тканей или клеток, как при вживлении в ткань, так и на ее поверхности. Предлагаемые устройства будут в дальнейшем изучены в качестве потенциальных кандидатов устройств, предназначенных для эффективного преобразования биомеханической энергии (т. е. сердцебиения, дыхательного движения грудной клетки, движения конечностей и пульсации крови), в электрическую. Ожидается, что подобные наногенераторы смогут продлить срок службы биосенсоров, фиксирующих жизненно-важные показатели организма человека.

Внедрение результатов исследования:

  1. Разработан способ визуализации биологических тканей и/или органов, включающий иммерсионное оптическое просветление биологической ткани или органа, характеризующийся тем, что в ткань или орган вводят иммерсионный агент на основе гадолиния, проводят мониторинг диффузии агента в область исследования с помощью МРТ и одного из оптических методов, выявляют область с повышенным контрастом и в этой области регистрируют МРТ изображения ткани или органа, выявляют область оптического просветления, регистрируют в этой области оптическое изображение, осуществляют пространственную привязку МРТ изображения к основным структурам и органам для последующего совмещения МРТ в области повышенного контраста с оптическим изображением в области оптического просветления.
  2. Получен патент на Изобретение № РСТ/RU2019/050259 «Способ визуализации биологических тканей и/или органов» (авторы: Тучин В.В., Тучина Д.К., Савицкий А.П., Богданов А.А.). Изобретение относится к области медицины, а именно к способам получения изображений с помощью оптического просветления биологических тканей и органов и с использованием магниторезонансной томографии (МРТ). Предложен способ исследования биологических тканей и органов путём бимодальной визуализации с использованием иммерсионного оптического просветления биологической ткани или органа на основе контрастных МРТ агентов.
  3. На основе разработанных неинвазивных подходов в лаборатории в рамках проекта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № 13.2251.21.0009 в области науки в форме субсидии из федерального бюджета на обеспечение проведения научных исследований российскими научными организациями и (или) образовательными организациями высшего образования совместно с организациями из стран-членов ЕС в рамках многостороннего сотрудничества в программе «Горизонт 2020», включая инициативы ERA-NET, в рамках обеспечения реализации программы двух- и многостороннего научно-технологического взаимодействия (2021-2023) «Биорезорбируемые имплантируемые устройства на основе трибоэлектрических наногенераторов», исследуются процессы биодеградации композитных материалов на основе сополимеров с применением микроскопических и мультимодальных (томографических и флуоресцентных) методов.


Образование и переподготовка кадров:

  1. Разработан и прочитан курс лекций «Основы молекулярной визуализации в живых системах» на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М. В. Ломоносова (Россия) и аспирантов ФИЦ Биотехнологии РАН (Россия).

  2. Разработан и прочитан краткий курс из трех лекций «Tissue optics and optical clearing of tissues and cells» (São Paulo School of Advanced Science on Modern Topics in Biophotonics, Бразилия, 2019 г.).

  3. Организована 3-я Школа ADFLIM (современные методы флуоресцентного имиджинга) в целях повышения научной квалификации молодых ученых и специалистов (Саратов, Россия, 2018 г.).

  4. Организована молодежная международная школа по оптике, лазерной физике и биофотонике Saratov Fall Meeting 2018 (Саратов, Россия, 2018 г.).

  5. Участие в жюри экспертов по оценке работ (проектных команд) молодых ученых по секции «Медицина и Фармакология» на III Международной научной конференции «Наука будущего» и IV Всероссийском форуме «Наука будущего – наука молодых».

  6. Проведена 4-я Международная школа по перспективным методам флуоресцентного имиджинга ADFLIM на базе СГУ с 23 по 27 сентября 2019 г. совместно с XXIII Международной школой для студентов и молодых ученых по оптике, лазерной физике и биофотонике. Слушатели научно-образовательных школ приняли участие также в работе Международного симпозиума «Оптика и биофотоника   VII», который был организован СГУ и ФИЦ Биотехнологии РАН с 24 по 27 сентября 2019 г.

  7. Лаборатория молекулярного имиджинга с момента образования приняла на стажировку не менее 10 студентов московских и федеральных ВУЗов и молодых специалистов. На базе лаборатории выполняли квалификационные работы студенты Сеченовского университета, Биологического факультета МГУ, Московского политехнического университета, аспиранты МГУ, ФИЦ Биотехнологии РАН. За отчетный период на базе лаборатории было подготовлено 7 дипломированных специалистов: 3 бакалавра, 1 специалист, 1 кандидат химических наук (под руководством проф. д.х.н. Савицкого А.П. на базе ФИЦ Биотехнологии РАН), 2 кандидата физико-математических наук (под руководством чл.-корр. РАН Тучина В.В. на базе ФГБОУ ВО СГУ имени Н.Г. Чернышевского). В настоящий момент 2 молодых ученых поступили и проходят обучение в аспирантуре ФИЦ Биотехнологии РАН и ИОГЕН РАН. Выпускники бакалавриата Первого МГМУ им. И.М. Сеченова и Политехнического университета работают над магистерскими дипломами.

  8. Ведущий ученый Богданов А.А принял участие в жюри экспертов по оценке работ (проектных команд) молодых ученых по секции «Медицина и Фармакология» на III Международной научной конференции «Наука будущего» и IV Всероссийском форуме «Наука будущего – наука молодых», который проходил в Сочи в 2019 году.

Другие результаты:

В конце мая 2019 в рамках выполнения работ по проекту №14.W03.31.0023 Министерства науки и высшего образования РФ в помещении лаборатории Молекулярного имиджинга ИНБИ был установлен и введен в эксплуатацию новейший прибор М3™ для доклинической магнитно- резонансной томографии (МРТ). Прибор предназначен для визуализации деталей анатомии и физиологии экспериментальных животных (грызунов весом до 30 г).

М3™ МРТ сконструирован на основе компактного высокоэффективного постоянного магнита с напряженностью магнитного поля 1 Тесла, который не требует криогенного обеспечения. Данная МРТ установка представляет собой пока единственную в России систему, и одну из примерно 100 доклинических МРТ систем, установленных в ведущих научно- исследовательских и R&D центрах мира.

Сотрудничество

Лаборатория лазерной диагностики технических и живых систем Института проблем точной механики и управления РАН (Россия), Лаборатория биофотоники Научно-образовательного института оптики и биофотоники Саратовского национального исследовательского университета им. Н. Г. Чернышевского: совместные исследования и публикации.

4-я Международная школа по перспективным методам флуоресцентного имиджинга ADFLIM была проведена на базе СГУ с 23 по 27 сентября 2019 г. совместно с XXIII Международной школой для студентов и молодых ученых по оптике, лазерной физике и биофотонике. В 2019 году на сайте SFM побывал 421 зарегистрированный пользователь из более чем 20 стран. В мероприятиях приняли участие (включая слушателей) более 500 человек. Участниками Симпозиума было представлено 18 пленарных лекций, в том числе 2 интернетовских, 30 приглашенных лекции (из них 18 приглашенных интернет-лекций), 127 устных докладов, 232 стендовых и 22 интернет-доклада. 

В 2020 году в рамках Международного симпозиума «Оптика и биофотоника ‑ VIII», являющегося частью Saratov Fall Meeting 2020 (SFM’20), прошли 14 продолжающихся конференций и семинаров, в том числе конференция «Towards Optical and Multimodal Translational Imaging» (TOMTI’20). Проведение данной конференции инициировано лидерами научного коллектива, созданного на базе лаборатории молекулярного имиджинга (проф.Богданов А.А.) и лаборатории физической биохимии (проф. Савицкий А.П.) ФИЦ Биотехнологии РАН, а также кафедры оптики и биофотоники СГУ им. Н.Г. Чернышевского (чл.-корр. Тучин В.В). Конференция проводилась при поддержке МОН (проект14.W03.31.0023), ФИЦ Биотехнологии РАН, СГУ им. Н.Г. Чернышевского. Конференция проходила в дистанционном формате на платформе Zoom и от этого только выиграла, так как на приглашение выступить с докладами откликнулись зарубежные ученые, широко известные научной аудитории своими передовыми работами в области молекулярного и мультимодального имиджинга. На конференции TOMTI’20 было представлено 26 докладов, из них: пленарных – 5, устных приглашенных – 6, доклады молодых ученых: устных-7, стендовых – 8. Авторские коллективы докладов представляли 8 городов России (Саратов, Казань, Курск, Волгоград, Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Томск), а также Италии, Австралии и США.

В 2020-2021 гг лаборатория сотрудничала с Рижским техническим университетом, Университетом Тарту, Рейн-Ваальским университетом прикладных наук, результатом данного сотрудничества стал совместный проект «Биорезорбируемые имплантируемые устройства на основе трибоэлектрических наногенераторов», получивший финансовую поддержку Министерство высшего образования и науки (грант №13.2251.21.0009 от 29.09.2021) при софинансировании ERA-NET (ERA-NET Cofund).

Научные исследования по разработке технологии мечения нуклеома на основе на основе каталитически неактивного мутанта эндонуклеазы Cas9 (dCas9) проводятся в коллаборации с сотрудниками лаборатории функциональной геномики Института общей генетики им. Н.Н. Вавилова РАН, Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН Результатом совместных исследований в рамках продолжения тематики Мегагранта МОН 14.W03.31.0023 стал поддержанный Российским научным фондом проект № 22-14-00205 «Инженерия зондов для бимодальной флуоресцентной и магнитно-резонансной визуализации специфических сайтов геномного редактирования в живых клетках и тканях»

Скрыть Показать полностью
A.A. Bogdanov Jr., N.I. Kazachkina, V.V. Zherdeva, I.G. Meerovich, D.K. Tuchina, I.D. Solovyev, A.P. Savitsky, and V.V. Tuchin
Magnetic resonance imaging study of diamagnetic and paramagnetic agents for optical clearing of tumor-specific fluorescent signal in vivo, in Handbook of Tissue Optical Clearing: New Prospects in Optical Imaging, V.V. Tuchin, D. Zhu, E.A. Genina (Eds.), Taylor & Francis Group LLC, CRC Press, Boca Raton, FL (2022), pp. 459-470. https://www.routledge.com/Handbook-of-Tissue-Optical-Clearing-New-Prospects-in-Optical-Imaging/Tuchin-Zhu-Genina/p/book/9780367895099
N.I. Kazachkina, V.V. Zherdeva, I.G. Meerovich, A.N. Saydasheva, I.D. Solovyev, D.K. Tuchina, A.P. Savitsky, V.V. Tuchin, A.A. Bogdanov Jr.
“MR and fluorescence imaging of gadobutrol-induced optical clearing of red fluorescent protein signal in an in vivo cancer model,” NMR in Biomedicine, e4708-1-13 (2022). doi:10.1002/nbm.4708.
H. F. Silva, I. S. Martins, A. A. Bogdanov Jr, V. V. Tuchin, L. M. Oliveira,
Characterization of optical clearing mechanisms in muscle during treatment with glycerol and gadobutrol solutions, J. Biophotonics 2022, e202200205. https://doi.org/10. 1002/jbio.202200205.
Tuchina, D.K., Meerovich, I.G., Sindeeva, O.A., Zherdeva V.V., Kazachkina N.I., Solov'ev I.D., Savitsky A.P., Bogdanov, A.A., Tuchin, V.V.,
Prospects for multimodal visualisation of biological tissues using fluorescence imaging, Quantum Electronics 51(2), 104–117 (2021).
N.I. Kazachkina, V.V. Zherdeva, A.N. Saydasheva, I.G. Meerovich, V.V. Tuchin, Savitsky A.P., Bogdanov, A.A.
Topical Gadobutrol Application Causes Fluorescence Intensity Change in RFP-expressing Tumor-Bearing Mice, Journal of Biomedical Photonics & Engineering 7 020301(2021).
Bogdanov AA, Solovyev ID, Savitsky AP.
Sensors for Proteolytic Activity Visualization and Their Application in Animal Models of Human Diseases. Biochemistry-Moscow 2019, Vol.84, Supplement1, S1-S18.
Xie Q., Zeng N., Huang Y., Tuchin V. V., Ma H.
Study on the tissue clearing process using different agents by Mueller matrix microscope. Biomed. Opt. Express.2019. 10(7), 3269–3280.
Munkhbat O., Canakci M., Zheng S., Hu W., Osborne B., Bogdanov A.A., Thayumanavan S.
19F MRI of Polymer Nanogels Aided by Improved Segmental Mobility of Embedded Fluorine Moieties. Biomacromolecules 2019, 20(2): 790-800. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.8b01383
Rodríguez-Rodríguez A., Shuvaev S., Rotile N., Jones C.M., Probst C.K., Ferreira D.D.S., Graham-O′Regan K., Boros E., Knipe R.S., Griffith J.W., Tager A.M., Bogdanov Jr. A.A., Caravan P.
Peroxidase Sensitive Amplifiable Probe for Molecular Magnetic Resonance Imaging of Pulmonary Inflammation. ACS Sens. 2019, 4(9): 2412-2419, https://doi.org/10.1021/acssensors.9b01010
Metelev VG, Bogdanov AA Jr
Synthesis and applications of theranostic oligonucleotides carrying multiple fluorine atoms. Theranostics 2020, 10 (3), 1391.
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Медицинские биотехнологии

Томск

Волынский Алексей Александрович

США, Россия

2021-2023

Лаборатория омиксных технологий и больших данных для персонализированной медицины и здоровья

Сколковский институт науки и технологий - (Сколтех)

Медицинские биотехнологии

Москва

Борхерс Кристоф Германн

Германия

2019-2023

Лаборатория молекулярной аллергологии

Государственный научный центр «Институт иммунологии» ФМБА России - (ГНЦ Институт иммунологии ФМБА России)

Медицинские биотехнологии

Москва

Валента Рудольф

Австрия

2018-2022