Исследование микровязкости мембран опухолевых клеток с помощью молекулярных роторов и флуоресцентной время-разрешенной микроскопии и ее роли в ответе на противоопухолевую терапию

Проблема изучения клеточной микровязкости, как фундаментального биофизического параметра, не теряет своей актуальности. Значимость исследований микровязкости мембран опухолевых клеток продиктована высоким интересом в онкологии к комбинации традиционных препаратов с модификаторами состава/состояния мембран и разработке новых способов мониторинга и прогнозирования эффективности терапии. Проект 2020 был нацелен на исследование локальной микровязкости мембран опухолевых клеток в моделях in vitro и in vivo с помощью флуоресцентных молекулярных роторов и двухфотонной флуоресцентной микроскопии с временным разрешением FLIM при противоопухолевой терапии - химиотерапии и фотодинамической терапии. Проект 2023 также посвящен изучению микровязкости мембран опухолевых клеток, при этом расширяет спектр воздействий на опухолевые клетки и методов охарактеризования состояния мембраны. То есть проекты 2020 и 2023 представляют целостную и взаимодополняющую научную работу. В проекте 2023 планируется решить следующие задачи: 1. Разработать методику и выполнить одновременное исследование микровязкости мембран методом FLIM и особенностей липидно-белкового профиля методом Рамановской спектроскопии в индивидуальных опухолевых клетках при действии химиотерапии. 2. Изучить вязкостные изменения мембраны опухолевых клеток при манипуляциях с липидным составом - блокировке гена стеароил-КоА десатуразы-1 (SCD-1) и изменении состава среды культивирования (экзогенном добавлении жирных кислот и сывороточном голодании). 3. Провести дополнительные исследования микровязкости и липидного состава мембран опухолевых клеток с препаратами, используемыми в проекте 2020, а именно изучение in vivo эффектов ФДТ с фотодитазином в “клеточном” режиме воздействия, изучение эффектов ФДТ c генетически-кодируемым фотосенсибилизатором KillerRed на опухолевых сфероидах, анализ липидного состава мембран при химиотерапии таксолом методом ToF-SIMS. Работа будет проводиться на монослойных клеточных культурах, опухолевых сфероидах и опухолях мышей с применением современных методов биоимиджинга. Имиджинг вязкости будет проводиться с помощью флуоресцентной время-разрешенной микроскопии FLIM с молекулярным ротором Bodipy2. Для анализа липидного состава мембран будет использован метод масс-спектрометрии TOF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry). Новым методом в проекте будет Рамановская спектроскопия, которая позволяет анализировать белково-липидный состав живых клеток с высокой точностью и специфичностью. В результате объединения усилий междисциплинарного коллектива, в состав которого войдут биофизики, клеточные биологи, химики и физики, и в сотрудничестве с известными зарубежными группами (лаборатория Dr. M. Kuimova, Imperial College London и лаборатория Prof. Dr. K. Janssen, Technische Universität München, Германия), будут получены новые данные о микровязкости мембран живых опухолевых клеток. Будут исследованы ее изменения при терапевтическом воздействии и корреляция с ответом на лечение, будут установлены новые механизмы регуляции вязкости мембран и поддержания ее стабильности в условиях дефицита ключевых компонентов. Кроме того, будет разработана и апробирована при химиотерапевтическом воздействии in vitro уникальная методика мультипараметрического анализа FLIM/Раман, которая позволит оценивать изменения микровязкости и липидного-белкового профиля опухолевых клеток одновременно в живых клетках в реальном времени. Новые результаты мы планируем объединить с полученными ранее данными и, тем самым, получить более полную картину, раскрывающую механизмы вязкостных изменений. По своей новизне, оригинальности и методическому исполнению результаты будут соответствовать мировому уровню. По результатам выполнения проекта планируется опубликовать 8 статей в журналах Web of Science и Scopus, сделать не менее 7 докладов на международных и всероссийских конференциях.