Неинвазивная визуализация естественного и индуцированнного нейрогенеза

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-15-00229

НазваниеНеинвазивная визуализация естественного и индуцированнного нейрогенеза

Руководитель Ходанович Марина Юрьевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова нейрогенез, магнитно-резонансная томография, ферритин, генная инженерия, даблкортин, вирусный вектор, мозговой инсульт, модели на животных

Код ГРНТИ34.03.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Нейродегенеративные и цереброваскулярные заболевания являются лидирующими причинами инвалидизации населения в современном обществе. Разработка новых терапевтических стратегий направленных на стимуляцию восстановительных процессов мозга, в частности, эндогенных процессов регенерации – нейрогенеза, является очень актуальной. При экспериментальном моделировании инсульта было обнаружено существенное усиление нейрогенеза и миграция новых нейронов в области ишемического очага, что открыло новые потенциальные возможности для терапии. Исследование нейрогенеза в мозге затруднено отсутствием метода прижизненной визуализации этого процесса. Нейробиологам приходится судить о механизмах пластичности нервной ткани на основе исследования препаратов мозга, взятых от животных, находящихся на разных этапах восстановления после мозговой травмы, инсульта и др. Кроме того, нейрогенез является сложным и многостадийным процессом, включающим в себя деление клеток-предшественниц, миграцию молодых нейронов и установление новых связей с другими нейронами. Полноценная реконструкция процесса нейрогенеза невозможна только на основе анализа отдельных гистологических препаратов, взятых от различных животных с различной степенью повреждения и восстановления мозговой ткани. Дополнительные сложности вносит возможность образования новых очагов нейрогенеза вне нейрогенных ниш, а также изменение путей миграции новых нейронов. Многие вопросы остаются невыясненными, как например, возникают ли в зоне поражения местные очаги нейрогенеза, или восстановление происходит за счёт усиления нейрогенеза в других зонах и миграции части новых нейронов в поражённую область. В случае неполного восстановления нервной ткани не всегда понятно, связано ли это с недостаточной продукцией новых нейронов, их затруднённой миграцией или высокой смертностью. Данный проект ставит перед собой задачу разработки высокоспецифических методов неинвазивной визуализации нейрогенеза с привлечением генной инженерии и магнитно- резонансной томографии (МРТ). В исследованиях, проведённых ранее нашей группой и другими исследователями было показано, что экспрессия генетических маркеров является более надежным методом метки живых клеток, чем использование искусственных наночастиц (например, наночастицы оксида железа), которые легко визуализировать, но которые не отражают жизнеспособность клеток. Генетические метки были успешно использованы в наших предыдущих исследованиях для визуализации клеток, пересаженных в сердце мыши и экспрессирующих белок ферритин. Однако экспрессия ферритина еще не была использована для визуализации нейрогенеза. Были предприняты попытки использования ферритина для визуализации нейронов мозга путем введения в субвентрикулярную зону боковых желудочков вирусного вектора, содержащего ген ферритина. Однако использование неспецифического промотора не позволяет предотвратить экспрессию ферритина в других типах клеток, например, зрелых нейронах и глии. Наш оригинальный подход состоит в создании вирусного вектора, несущего ген ферритина под контролем ткане-специфического промотора даблкортина, который является специфичным маркером молодых нейронов. Таким образом, только молодый нейроны экспрессирующие даблкортин будут одновременно вырабатывать ферритин и эти клетки можно будет неинвазивно визуализировать с использованием разработанных нами ранее методов магнитно-резонансной томографии. Ген зеленого флюоресцентного протеина (GFP) также будет включен в генетический констракт как дополнительный маркер экспрессии трансгена, который позволит использовать флюоресцентную визуализацию нейрогенеза с последующей гистологической валидацией. Разработанный метод неинвазивной визуализации будет валидирован гистологически и применен для исследования процессов нейрогенеза на модели ишемического инсульта мозга мелких лабораторных животных. С практической точки зрения неинвазивный метод визуализации нейрогенеза будет востребован при доклинических исследованиях новых фармпрепаратов и тестирования новых терапевтических подходов в доклинических исследованиях на мелких и крупных животных, а также на других моделях повреждений мозга. Исследование является инновационным в нескольких аспектах. Во-первых, впервые предложена методика предназначенная для неинвазивной визуализации нейрогенеза. Во-вторых, новым является сам подход, основанный на использовании МРТ гена-репортера ферритина под контролем ткане-специфического промотора даблкортина, который является надежным маркером молодых нейронов. Наконец, в ходе исследования будет проверена гипотеза о возникновении новых очагов нейрогенеза в пораженном мозге на модели ишемического инсульта. Мы также надеемся получить новую фундаментальную информацию о путях миграции и выживаемости новых нейронов при ишемическом поражении. Для выполнения поставленных задач будет использовано уникальное научное оборудование, включая высокопольный 11.7 Тесла МРТ сканер предназначенный для мелких лабораторных животных. Кроме того, в проекте будет задействован передовой опыт участников проекта (руководителя проекта д-ра А.В.Наумовой и одного из участников проекта В.Л.Ярных), которые являются признанными лидерами в разработке генетических методов для неинвазивной визуализации трансгенных клеток и в разработке передовых МРТ технологий, что гарантирует успешную реализацию данного проекта. Данное исследование является мультидисциплинарным, при выполнении поставленных задач будет использован взаимодополняющий опыт нейробиологов, клеточных биологов, физиологов и физиков. В задачи исследования входит: 1. Разработка вирусных векторов, предназначенных для визуализации нейрогенеза in vivo с помощью МРТ. 2. Апробация методики визуализации нейрогенеза in vivo с помощью МРТ c последующей иммуногистохимической валидацией. 3. Проверка гипотезы о возникновении новых очагов нейрогенеза в пораженном мозге на модели ишемического инсульта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ходанович М.Ю., Кисель А.А., Кудабаева М.С., Чернышева Г.А., Смольякова В.И., Глазачева В.Ю., Вассерлауф И.Э., Пищелко А.О., Плотников М.Б., Ярных В.Л. Abnormal Migration of Immature Neurons in the Global Cerebral Ischemia Model ANNALS OF NEUROLOGY, Vol. 84. P. S154-S155. Suppl. 22. M139 (год публикации - 2018)
10.1002/ana.25331

2. Ходанович М.Ю., Кисель А.А., Чернышева Г.А., Смольякова В.И., Кудабаева М.С., Крутенкова Е.П., Тюменцева Я.А., Плотников М.Б. УСИЛЕНИЕ ПРОДУКЦИИ НОВЫХ НЕЙРОНОВ В ПОЛЕ СА1 ГИППОКАМПА КРЫС ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ n-ТИРОЗОЛА НА МОДЕЛИ ТОТАЛЬНОЙ ТРАНЗИТОРНОЙ ИШЕМИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (год публикации - 2019)

3. Ходанович М.Ю., Кисель А.А., Кудабаева М.С., Чернышева Г.А., Глазачева В.Ю., Вассерлауф И.Э., Плотников М.Б. Neurogenesis and migration of new neurons in the model of global cerebral ischemia in rats 2018 Neuroscience Meeting Planner (год публикации - 2018)

4. Ходанович М.С., Кудабаева М.С., Глазачева В.Ю., Губский И.Л., Наместникова Д.Д., Ярных В.Л. Macromolecular Proton Fraction (MPF) Mapping as a Marker of Recovery Processes in the Model of Ischemic Stroke in Rats Annals of Neurology, Volume 86, Issue S24, Page S135 (год публикации - 2019)
10.1002/ana.25587

5. Немирович-Данченко Н.М., Ходанович М.Ю. New Neurons in the Post-ischemic and Injured Brain: Migrating or Resident? Frontiers in Neuroscience, Volume 13, Article 588, Pages [20] (год публикации - 2019)
10.3389/fnins.2019.00588

6. Пищелко А.О., Светлик М. В., Немирович-Данченко Н. М., Кудобаева М. С., Ананьина Т. В., Тюменцева Я. А., Наумова А. В., Ходанович М. Ю. ПРИМЕНЕНИЕ ВИРУСНЫХ ВЕКТОРОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЖИВОТНЫХ IN VIVO Гены & Клетки, Том XIV, Приложение, 2019, Страница 183 (год публикации - 2019)

7. Немрович-Данченко Н.М., Ходанович М.Ю. Перспективы борьбы со старением мозга: редактирование гена теломеразы в нервных стволовых клетках in vivo Russian Journal of Genetics (год публикации - 2020)

8. Ходанович М.Ю., Пищелко А.О., Глазачева В.Ю., Пан Э.С., Крутенкова Е.П., Трусов В.Б., Ярных В.Л. Plant polyprenols reduce demyelination and recover impaired oligodendrogenesis and neurogenesis in the cuprizone murine model of multiple sclerosis PHYTOTHERAPY RESEARCH, Volume 33, Issue 5, Pages 1363-1373 (год публикации - 2019)
10.1002/ptr.6327

9. Ходанович М.Ю.,Пищелко А.О., Глазачева В.Ю., Пан Э.С., Акулов А.Е., Светлик М.В.,Тюменцева Ю., Ананьина Т.В., Ярных В.Л. Quantitative Imaging of White and Gray Matter Remyelination in the Cuprizone Demyelination Model Using the Macromolecular Proton Fraction Cells, Volume 8, Issue 10, Article 1204, Pages [18] (год публикации - 2019)
10.3390/cells8101204

10. Кудабаева М.С., Ходанович М.Ю., Глазачева В.Ю., Губский И.Л., Наместникова Д.Д., Ярных В.Л. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗОНАХ ДЕМИЕЛИНИЗАЦИИ НА МОДЕЛИ ИШЕМИЧЕСКОГО ИНСУЛЬТА У КРЫС Нейронаука для медицины и психологии: XV Международный Н45 междисциплинарный конгресс. Судак, Крым, Россия; 30 мая – 10 июня 2019 г.: Труды Конгресса, Страница 251 (год публикации - 2019)
10.29003/m448.sudak.ns2019-15/250 В

11. Ходанович М., Кисель А., Чернышева Г., Смолякова В., Кудабаева М., Крутенкова Е., Тюменцева Ю., Плотников М. p-Tyrosol Enhances the Production of New Neurons in the Hippocampal CA1 Field after Transient Global Cerebral Ischemia in Rats Bulletin of Experimental Biology and Medicine, Vol. 168, No. 8, pp. 176-180 (год публикации - 2019)
10.1007/s10517-019-04679-7

12. Ананьина Т. В., Кисель А.А., Кудабаева М. С., Чернышева Г.А., Смольякова В.И., Крутенкова Е.П., Плотников М.Б., Ходанович М. Ю. Neurodegeneration, Myelin Loss and Glial Response in the Three-Vessel Global Ischemia Model in Rat International Journal of Molecular Sciences, Volume 21, Issue 17, Page 6246 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21176246

13. Ананьина Т. В., Кисель А.А., Кудабаева М. С., Чернышева Г.А., Смольякова В.И., Крутенкова Е.П., Усов К.Е., Плотников М.Б., Ходанович М. Ю. Hippocampal Cellular Changes in the Three-Vessel Model of Global Ischemia in Rat Annals of Neurology, Volume 88, Issue S25, P. S82 (год публикации - 2020)
10.1002/ana.25865

14. Кудабаева М.С., Ходанович М.Ю., Шварц В.А., Губский И.Л., Наместникова Д.Д., Ярных В.Л. Correction of the Edema Effect on the Myelin Content Estimation Using Macromolecular Proton Fraction (MPF) Mapping in a Rat Ischemic Stroke Model Annals of Neurology, Volume 88, Issue S25, P. S94 (год публикации - 2020)
10.1002/ana.25865

15. Пищелко А.О., Наумова А. В., Дэниэлс И., Сири И., Светлик М. В.,Немирович-Данченко Н. М., Тюменцева Я. А., Ходанович М. Ю. New Ferritin-Based Tissue-Specific Genetic Vectors for MR Visualization of Neurogenesis Annals of Neurology, Volume 88, Issue S25, P. S246 (год публикации - 2020)
10.1002/ana.25865

16. Гиганова А.А., Ананьина Т.В., Кисель А.А., Ходанович М.Ю. МОРФОЛОГИЯ МИКРОГЛИОЦИТОВ В МОЗГЕ МЫШИ ПОСЛЕ ЛОКАЛЬНОЙ ИШЕМИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020, сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020 - c. 13-16. (год публикации - 2020)
10.37539/VT187.2020.56.18.005

17. Кудабаева М.С., Акулов А.Е., Пищелко А.О., Светлик М.В., Ходанович М.Ю. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОНОФИЛАМЕНТА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЛОКАЛЬНОЙ ИШЕМИИ МОЗГА У КРЫС сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке», сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020 - c. 17-19. (год публикации - 2020)
10.37539/VT187.2020.38.57.004

18. Шадрина М.М., Немирович-Данченко Н.М., Ходанович М.Ю. МЕТОДИКА ИММУНОГИСТОХИМИЧЕСКОГО И ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО IN SITU ГИБРИДИЗАЦИОННОГО АНАЛИЗА сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020, сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020 - c. 20-23. (год публикации - 2020)
10.37539/VT187.2020.64.12.002

19. Шварц В.А., Кудабаева М.С., Губский И.Л., Наместникова Д.Д., Ходанович М.Ю. ДОЛГОВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ОБЪЕМА ИШЕМИЧЕСКОГО ОЧАГА И ОБЪЕМА ПОЛУШАРИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА НА МОДЕЛИ ЛОКАЛЬНОЙ ИШЕМИИ У КРЫС сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020, сборник избранных статей Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». Санкт-Петербург, 2020 - c. 23-26. (год публикации - 2020)
10.37539/VT187.2020.52.45.003

20. Ходанович М.Ю., Акулов А.Е., Ананьина Т.В., Кудабаева М.С., Пищелко А.О., Крутенкова Е.П., Немирович-Данченко Н. М., Светлик М. В., Тюменцева Я. А., Ван ден Хоут К., Гисберс Р., Дэниэлс В., Сири И., Першина А.Г., Шадрина М.М., Наумова А. В. Tissue-Specific Ferritin- and GFP-Based Genetic Vectors Visualize Neurons by MRI in the Intact and Post-Ischemic Rat Brain International Journal of Molecular Sciences, Volume 21, Issue 23, Page 8951 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21238951

Публикации