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 19-74-00151

НазваниеПрименение методов аналитической химии для анализа биологических изменений

РуководительПетрова Дарья Андреевна, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2019 - 06.2021 

Конкурс№40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-203 - Общая биохимия

Ключевые словаШизофрения, кровь, регуляция, метаболом, липидом, биомаркер, высокоэффективная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия

Код ГРНТИ34.15.43

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Шизофрения (ШФ) напрямую или опосредованно затрагивает значительную часть населения во всех странах мира, включая Российскую Федерацию. Болезнь характеризуется комплексным набором симптомов и периодичностью - на ранних стадиях заболевания симптомы могут наблюдаться только в периоды обострений и, в ряде случаев, могут быть диагностированы как другие типы когнитивных расстройств. Таким образом, остро стоит вопрос о создании системы точной диагностики пациентов ШФ на основе объективных биологических маркеров. Кроме того, детальное исследование биологических изменений, проведенное на основе большого числа пациентов ШФ, создаст базу для разработки оптимизированных методов лечения для конкретных групп пациентов. Большая часть работы по поиску биомаркеров ШФ, проведенная ранее и продолжающаяся сегодня, сосредоточена на идентификации генетических вариантов ассоциированных с ШФ. Многочисленные исследования, проведенные в том числе на основе анализа тысяч пациентов, к сожалению, не привели к определению надежных генетических маркеров заболевания. Это определяется большим числом генетических вариантов, связанных с ШФ, вклад каждого из которых объясняет лишь очень небольшую долю вероятности заболевания. Отсутствие надежных генетических маркеров создает насущную необходимость проводить поиск потенциальных биомаркеров на других уровнях молекулярного фенотипа, таких как эпигенетика, экспрессия РНК и белков, концентрация биохимических соединений: метаболитов и липидов. Предыдущие работы показали, что исследования гидрофобных метаболитов (липидов), интегрированные с исследованиями вариабельности экспрессии РНК, являются одними из наиболее перспективных областей для получения надежных биомаркеров ШФ. В данном проекте мы фокусируемся поиск потенциальных биомаркеров, построив исследование, которое сочетает два уникальных преимущества: 1. Коллекцию образцов крови пациентов ШФ и соответствующей контрольной группы индивидуумов, которая включает 140 образцов плазмы крови, представляющих независимую русскую когорту. В дополнение к этим, уже собранным образцам, во время проекта планируется сбор еще 30-50 образцов плазмы крови пациентов с диагнозом биполярное расстройство и депрессия. 2. Использование новых аналитических инструментов, имеющихся в Сколковском институте наук и технолгоий в лаборатории профессора Филиппа Хайтовича. Получение больших объемов данных липидома с использованием нетаргетированной масс-спектрометрии, представляет собой сложную задачу. Это обусловлено высокой технической вариабельностью данных, трудностями в идентификации сигнала во множественных образцах и минимизации шума, а также проблемами идентификации и аннотации уникальных химических соединений на основе масс-спектрометрических данных. Руководитель проекта имеет более чем семилетний опыт экспериментальной работы, связанный с анализом образцов для определения качественного и количественного липидного состава методом высокоэффективной жидкостной хроматографией в сочетании с масс-спектрометрией, позволяющий решать поставленные задачи. Основным результатом этой работы будет панель биомаркеров ШФ, идентифицирующая пациентов ШФ с точностью не менее 95%, прошедшая перекрестную проверку в трех клинических когортах. Эта панель, а также соответствующая методология обнаружения биомаркеров будут затем использоваться в более широком клиническом тестировании. Разработка прототипа системы точной диагностики ШФ, состоящей из панели биомаркеров и техники обнаружения биомаркеров, будет иметь ряд важных последствий. Это обеспечит своевременную диагностику лиц с ШФ, инициирует использование метаболических биомаркеров когнитивных расстройств в клинических исследованиях, и откроет путь к более быстрому развитию более эффективных методов лечения шизофрении.

Ожидаемые результаты
Основным результатом проекта будет разработка надежной системы определения больных шизофренией (ШФ) с точностью не менее 95%, включая больных на стадии первого эпизода, на основе анализа концентраций ограниченного количества неполярных соединений (не более 100) в образцах плазмы крови, а также экономически целесообразная методика измерения концентраций этих соединений. Изменения концентрации липидов в плазме крови, а также в мозговой ткани больных ШФ уже были найдены в исследованиях, проводимых на относительно небольших когортах образцов, несмотря на то, что во многих предыдущих исследованиях использовались таргетированные методы масс-спектрометрии. Подобные методы ориентированы на измерение нескольких сотен соединений, что указывает на высокую информативность липидов для диагностики ШФ. Данный Проект представляет собой новый шаг в этих исследованиях, как сочетающий в себе коллекцию образцов крови пациентов ШФ, и высок профессиональную компетенцию в анализе методом нетаргетированной масс-спектрометрии. Сочетание этих факторов делает предложенный проект перспективным и уникальным. Экономические и социальные применения созданного в результате нашего исследования надежного теста для идентификации пациентов с шизофренией включают в себя. - Своевременное медицинское лечение пациентов. - Возможность создания широкой базы стандартизованных данных для подбора индивидуализированных процедур лечения (прецизионная медицина). - Идентификацию лиц с риском развития симптомов ШФ, позволяющая оказать им своевременную медицинскую помощь и социальную поддержку (профилактика заболеваний). Кроме того, этот проект открывает дверь для исследований метаболических биомаркеров других когнитивных расстройств и состояний, что позволяет повысить специфику классификации заболеваний и выбора лечения. Наконец, знание молекулярных изменений, происходящих в ШФ, потенциально может привести к разработке новых и более эффективных препаратов лечения этого заболевания.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе выполнения проекта за отчетный период была собрана коллекция из 390 образцов плазмы крови. Было проведен анализ 82 образцов крови, из которых пациентом с диагнозом шизофрения и 138 контрольным образцам из русской популяции, а также 100 образцов пациентов с первым эпизодом психоза. Также, были дополнительно исследованы образцы пациентов с депрессивным расстройством (n = 34) и биполярным расстройством (n = 36). Из всех образцов были экстрагированы липидные соединения с помощью специально разработанной методики. Качественная и количественная оценка экстрагированных соединений проведена методом высокоточной масс-спектрометрией в сочетании с жидкостной хроматографией (ВЭЖХ-МС) по оптимизированному протоколу. Выявлены различия в интенсивности липидов между пациентами с шизофренией и контрольными образцами. Установлено, что модель, основанная на логистической регрессии, позволяет классифицировать пациентов с шизофренией в 92% случаев. Проведены дополнительные исследования по установлению влияния флуоксетина на молекулярные изменения мозга. Анализ проведен на выборке макак. Установлена уменьшение количества полиненасыщенных жирных кислот в образцах мозга, что может быть связано с неблагоприятными побочными эффектами флюоксетина у пациентов с депрессией и потенциально может объяснить различия в индивидуальной реакции на флуоксетин у некоторых людей.

 

Публикации

1. Анна Ткачев, Елена Стекольщикова, Даниил М. Бобровский, Николай Аниканов, Полина Огурцова, Донг Ик Парк, Аня К.Е. Хорн, Дарья Петрова, Екатерина Храмеева, Мари С. Голуб, Кристоф У. Турк, Филипп Хайтович Long-term fluoxetine administration causes substantial lipidome alteration of the juvenile macaque brain Molecular Psychiatry, - (год публикации - 2020)

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе проекта было оценено содержание 322 липидов в плазме крови 92 пациентов с диагнозом шизофрения, собранных в два момента времени во время стационарного лечения пациентов. Изучена связь между индивидуальными изменениями содержания липидов и улучшением тяжести симптомов. Обнаружено, что у пациентов с наименьшим улучшением симптоматики 22 липида, включая 20 триглицеридов, были увеличены во второй временной точке, в то время как пациенты с наибольшим улучшением симптоматики не продемонстрировали такого же эффекта. Наиболее подверженные влиянию триглицериды содержали меньшее количество атомов углерода (40-48 атомов углерода в остатках жирных кислот), в то время как наиболее распространенные в плазме крови виды триглицеридов не входили в число значительно повышенных липидов. Было показано, что связь между уровнями этих триглицеридов и улучшением симптомов нельзя было объяснить предвзятостью в схеме лечения, так как эффект воспроизводился для большинства лекарств в отдельности. Среди женщин было больше пациентов со значительным улучшением симптоматики, чем среди мужчин. Тем не менее, симптомозависимое увеличение определенных липидов, ассоциированных с наихудшим ответом, наблюдалось и у мужчин, и у женщин. Однако отличия в ответе на терапию среди мужчин и женщин свидетельствует о том, что могут быть необходимы дополнительные исследования для выявления различий в липидных изменениях в результате лечения для двух полов. Изучено влияние статуса голодания на липидом плазмы крови путем измерения содержания 395 липидных соединений у 139 человек с различным статусом голодания, от недавнего приема пищи до сдачи крови с утра натощак. Хотя голодание, несомненно, оказало влияние на определенные виды липидов, обнаружено, что на большинство липидов этот фактор не оказывал сильного влияния. Среди липидов, на которые больше всего влияет статус голодания, была отмечена определенная группы липидов - свободные жирные кислоты (СЖК). Для других классов липидов не было обнаружено взаимосвязи с недавним приемом пищи. Средняя дисперсия, объясняемая статусом голодания для этих липидов, была менее 0,3%. Она была также ниже, чем дисперсия, объясняемая другими факторами: возрастом, полом и ИМТ. Было обнаружено, что из 56 свободных жирных кислот, количественно определенных в исследовании, примерно половина связана со статусом голодания. Наиболее распространенные СЖК в плазме крови, включая насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты, такие как пальмитиновая кислота, олеиновая кислота, арахидоновая кислота и докозагексаеновая кислота, увеличивались после периода голодания. Интересно, что в нашем анализе не было обнаружено, что СЖК с более длинной цепью, а именно с более чем 22 атомами углерода, связаны со статусом голодания. Помимо свободных жирных кислот, обнаружены некоторые виды ацилкарнитинов и фосфолипидов, которые были связаны с временем голодания, хотя их было меньше, чем СЖК. Из проведенного анализа сделан вывод, что голодание может не требоваться для изучения липидных изменений для большинства компонентов липидома крови, за исключением свободных жирных кислот. Предлагается возможное использования в анализе проб, взятых не натощак, с условием, что время после последнего приема пищи было рандомизировано между группами. Основываясь на проведенном исследовании уровней содержания 395 липидных соединений, определенном для 139 человек с различным статусом голодания, обнаружено, что на большинство липидов статус натощак влияет лишь умеренно по сравнению с другими стандартными демографическими факторами, и что больше всего от статуса голодания зависят свободные жирные кислоты. Однако определение уровней липидов после принятия пищи и их преимущества или недостатки по сравнению с уровнями липидов натощак для различных расстройств потребует дополнительных исследований для каждого конкретного расстройства. В данном исследовании использовалась кровь пациентов с психическими расстройствами, и влияние статуса голодания на липидный состав крови может различаться в разных болезнях.

 

Публикации

1. А. Ткачев, Е. Стекольщикова, Н. Аниканов, Д.Петрова Effect of non-fasting status on blood plasma lipidome Metabolites, - (год публикации - 2021)

2. А. Ткачев, Е. Стекольщикова, Н. Аниканов, С. Зозуля, А. Бархатова, Т. Клюшник, Д. Петрова Shorter chain triglycerides associated with less symptom im-provement in schizophrenia Biomolecules, - (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/biom11050720

3. Анна Ткачев, Елена Стекольщикова, Даниил М. Бобровский, Николай Аниканов, Полина Огурцова, Донг Ик Парк, Аня К.Е. Хорн, Дарья Петрова, Екатерина Храмеева, Мари С. Голуб, Кристоф У. Турк, Филипп Хайтович Long-term fluoxetine administration causes substantial lipidome alteration of the juvenile macaque brain -, - (год публикации - 2021)

Возможность практического использования результатов
Полученные результаты моут быть использованы при создании тест-систем на наличие социально-значимых заболеваний.