Разработка технологии адресной доставки генов в клетки эукариот с использованием плазмонно-индуцированной лазерной оптопорации (рук. к.б.н. Пылаев Т.Е., 2021-2023 гг.)
Аннотация проекта
Введение функциональных нуклеиновых кислот (НК) в целевые участки генома лежит в основе репрограммирования клеток, или генной терапии, новой технологии с многообещающими перспективами в области персонализированного здравоохранения. Наличие защитных барьеров клетки препятствуют свободной интернализации НК без специальных систем доставки, например, вирусных и безвирусных, на основе химических агентов, наноматериалов и/или применения физических воздействий. Для продвижения в клиническую практику новые системы должны быть эффективными для различных клеток, тканей и доставляемых объектов, относительно простыми и недорогими. Однако до сих пор не разработан единый подход, удовлетворяющий всем критериям. Кроме того, молекулярные аспекты и управляющие механизмы, отвечающие за внутриклеточное прохождение, остаются малоизученными.
Цель проекта состоит в комплексном изучении, оптимизации новой системы плазмонной оптопорации на слоях золотых наночастиц (ЗНЧ) для различных типов клеток и векторов. Метод основан на проникновении биомолекул в клетки за счет увеличенной проницаемости мембран, вызванной локальным нагревом ЗНЧ под воздействием ИК лазерного облучения. Фундаментальная значимость полученных результатов будет состоять в получении новых знаний об управляющих механизмах, лежащих в основе работы системы. Практически значимые результаты будут получены при проведении модельных экспериментов in vitro по оптопорации: а) первичных фибробластоподобных и мезенхимальных клеток млекопитающих (изолированных из тканей лабораторных крыс); б) перевиваемых «трудно трансфицируемых» клеток линии А431; в) клеток линии CHO для получения изогенной линии со стабильной экспрессией гена флуоресцентного белка.
Список опубликованных работ
Статьи в журналах
1. Pylaev T. E., Efremov Yu. M., Avdeeva E. S., Antoshin A. A., Shpichka A. I., Khlebnikova T. M., Timashev P. S., Khlebtsov N. G. Optoporation and recovery of living cells under Au nanoparticle layers-mediated NIR-laser irradiation // ACS Appl. Nano Mater.–2021 – Vol. 4, no. 12. – P. 13206–13217. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02734 Q1, IF=5.095
2. Khlebtsov, B., Burov, A., Pylaev, T., Savkina, A., Prikhozhdenko, E., Bratashov, D., Khlebtsov, N., Improving SERS bioimaging of subcutaneous phantom in vivo with optical clearing // J. Biophotonics 2021, e202100281. https://doi.org/10.1002/jbio.202100281 (Q1, Wos/Scopus, IF=3.207)
3. Pylaev T. E., Avdeeva E. S., Khlebtsov N.G. Plasmonic nanoparticles and nucleic acids hybrids for targeted gene delivery, bioimaging and molecular recognition // J. Innov. Opt. Health Sci. 2021. – Vol. 14, no. 4. – art. 2130003 (pp. 1–28). doi: 10.1142/S1793545821300032. (Q2, IF=1.77)
4. Tumskiy R.S., Tumskaia A.V., Pylaev T.E., Avdeeva E.S., Evstigneeva S.S. Docking and antibacterial activity of novel nontoxic 5-arylidenepyrimidine-triones as inhibitors of NDM-1 and MetAP-1 // Future Med. Chem., 2021. Vol. 13(12). P. 1041-1055. (Q2, Wos/Scopus, IF=3.808)
5. Petrova, L.P., Filip’echeva, Y.A., Telesheva, E.M., Pylaev, T.E., Shelud’ko, A.V. Variations in Lipopolysaccharide Synthesis Affect Formation of Azospirillum baldaniorum Biofilms in planta at Elevated Copper Content // Microbiology (Russian Federation), 2021, 90 (4), pp. 470-480. DOI: 10.1134/S002626172104010X (Q3, Wos/Scopus, IF=1.1)
6. Д.И. Мокеев, И.В. Волохина, Е.М. Телешева, С.С. Евстигнеева, В.С. Гринев, Т.Е. Пылаев, Л.П. Петрова, А.В. Шелудько Анализ устойчивости к осмотическому стрессу биопленок почвенных бактерий Azospirillum brasilense // Микробиология, 2022. Т. 91, № 6, с. 695–707. DOI: 10.31857/S0026365622800230
7. Пылаев Т.Е., Авдеева Е.С., Хлебцов Н.Г. Система лазерной трансфекции клеток с использованием слоев наночастиц золота для контролируемой доставки генов // Спецвыпуск журнала «Гены и клетки», 2022 г. стр.___ (в печати)
Тезисы и материалы конференций
1. Pylaev T., Avdeeva E., Khlebtsov B., Khlebtsov N. Single-cell optoporation using nanosecond laser irradiation on grid-marked Au nanostars layers // Saratov Fall Meeting XXV, 27-30 September 2021, Saratov, Russia https://sfmconference.org/sfm/sfm21/workshops/nanobiophotonics-xvii/preliminary/1094/
2. Pylaev T. E., Khlebtsov B. N., Kupryashina M. A., Savkina A. A., Bratashov D. N., Khlebtsov N. G. Calcium alginate matrices with embedded biomolecules, nanoparticles and living cells as flexible platforms for in vitro and in vivo model studies // Saratov Fall Meeting XXV, 27-30 September, 2021, Saratov, Russia https://sfmconference.org/sfm/sfm21/workshops/nanobiophotonics-xvii/preliminary/851/
3. Пылаев Т.Е., Авдеева Е.С., Хлебцов Н.Г. Лазерная трансфекция клеток на слоях плазмонных наночастиц // Тезисы IV международной конференции «Физика — наукам о жизни», 11–14 Октября 2021 г., Санкт-Петербург, с. 29.
4. Pylaev T.E., Avdeeva E.S., Khlebtsov N.G. Laser cell transfection using gold nanoparticle layers for controlled gene delivery // Abstracts of VIth Sechenov International biomedical summit (SIBS-2022), Moscow, November 8-9 2022, p.___ (в печати)
5. Купряшина М.А., Пономарева Е.Г., Авдеева Е.С., Пылаев Т.Е. Деколоризация синтетических красителей с использованием иммобилизованных непатогенных бактерий // СБОРНИК ТЕЗИСОВ III Международной научной конференции PLAMIC2022 «Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего», Санкт-Петербург, 3-8 октября 2022 г., стр. 137.
6. Т.Е. Пылаев. Технологии высокоразрешающего биоимиджинга и биосенсинга на основе гибридных меток наночастиц золота для задач тераностики и персонализированной медицины // Сборник материалов VII-ого Круглого стола “Российско-китайское научно-техническое сотрудничество в области разработки и внедрения высоких технологий”, онлайн 5 июля 2022 г., стр. 326
7. Т.Е. Пылаев. Технология репрограммирования генома клеток на основе слоев наночастиц золота и лазерного излучения // Сборник материалов VII-ого Круглого стола “Российско-китайское научно-техническое сотрудничество в области разработки и внедрения высоких технологий”, онлайн 5 июля 2022 г., стр. 330.
Перечень докладов на научных мероприятиях
1. Пылаев Т.Е. Лазерная трансфекция клеток на слоях плазмонных наночастиц // IV международная конференция «Физика — наукам о жизни», 11–14 Октября 2021 г., Санкт-Петербург (Международная конференция, Приглашенный доклад)
2. Pylaev T. E. Calcium alginate matrices with embedded biomolecules, nanoparticles and living cells as flexible platforms for in vitro and in vivo model studies // Saratov Fall Meeting XXV, 27-30 September, 2021, Saratov, Russia (Международная конференция, Устный доклад)
3. Avdeeva E.S., Pylaev T.E. Single-cell optoporation using nanosecond laser irradiation on grid-marked Au nanostars layers // Saratov Fall Meeting XXV, 27-30 September, 2021, Saratov, Russia. (Международная конференция, Устный доклад)
4. Пылаев Т.Е. Открытая лекция «Комплексные решения на основе современных молекулярно-генетических методов в лабораторной и клинической практике» в рамках семинара авторской научной школы ЦНИЛ СГМУ им. В. И. Разумовского, 18.05.2021 г. (http://www.sgmu.ru/news/6949.html)
5. Pylaev T. Plasmonic nanoparticle layers based optoporation system towards precise and controllable intracellular delivery of biomolecules // METANANO SCHOOL ON OPTICAL BIOSENSING, online 15-19 August 2022 (Международная конференция, Приглашенная лекция)
6. Пылаев Т.Е. Технологии на основе наночастиц и нанокомпозитов золота для персонализированной медицины // III международная научно-практическая конференция «Эффективный менеджмент здравоохранения: стратегии инноваций», Симпозиум «Цифровые молекулярно-генетические и биотехнологии для персонализированной медицины», г. Саратов, 29-30 сентября 2022 г. (Международная конференция, Пленарный доклад)
7. Pylaev T. // Laser cell transfection using gold nanoparticle layers for controlled gene delivery VIth Sechenov International biomedical summit (SIBS-2022), Moscow, November 8-9 2022. (Международная конференция, устный доклад)
8. Пылаев Т.Е. Молекулярно-генетические исследования в кардиологии: современные решения и инновационные разработки для задач персонализированной медицины // VIII областная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы терапии и кардиологии», г. Саратов, 27 мая 2022 года (Приглашенный доклад)
9. Пылаев Т.Е. Нарушения системы гемостаза: теория и практика выявления генетических маркеров // VI Межрегиональная научно-практическая конференция «Георгиевские чтения: наследственная и приобретенная патология свертывания крови - тромбозы и кровотечения: диагностика, профилактика, лечение», г. Саратов, 18-19 октября 2022 года (Приглашенный доклад)
10. Пылаев Т.Е. Система лазерной трансфекции клеток с использованием слоев наночастиц золота для контролируемой доставки генов // V Национальный конгресс по регенеративной медицине, г. Москва, 23-25 ноября 2022 г. (Всероссийская конференция, устный доклад)
Награды
Проект Пылаева Т.Е. «Разработка технологии контролируемой доставки генов в клетки про- и эукариот на слоях наночастиц золота с применением наносекундного ИК лазерного облучения» получил 1 место на конкурсе Общероссийского научно-практического мероприятия «ЭСТАФЕТА ВУЗОВСКОЙ НАУКИ – 2022» в секции Междисциплинарные биомедицинские исследования (https://vuznauka.confreg.org/estafeta/protokol-pobediteli-estafety/)