უჯრედული და მოლეკულური ბიოლოგიის ინსტიტუტი

ქართული სოკოების სიღრმული კულტურების ანტიოქსიდანტური და ანტისიმსივნური პოტენციალის შეფასება და ოპტიმიზაცია (2023 – 2026)

უმაღლესი ბაზიდიომიცეტები წარმოადგენენ ეუკარიოტული ორგანიზმების ტაქსონომიურად, ეკოლოგიურად და ფიზიოლოგიურად უკიდურესად განსხვავებულ ჯგუფს. სხვადასხვა ბიოაქტიურინაერთების მაღალი შემცველობის გამო, სოკოს მრავალ სახეობას გააჩნია ჯანმრთელობისთვისმნიშვნელოვანი სარგებელი, კერძოდ ანტისიმსივნური და ანტიოქსიდანტური თვისებები. თავისუფალირადიკალების განეიტრალება ისეთი ანტიოქსიდანტური აგენტების საშუალებით, როგორებიცაა ასკორბინისმჟავა, ფლავონოიდები და სხვადასხვა ფენოლური ნაერთები მეტად მნიშვნელოვანია უჯრედებისოქსიდაციური სტრესისაგან დასაცავად. დღესდღეობით, მაღალი ანტიოქსიდანტური აქტივობის მქონებუნებრივი ნაერთების ახალი პროდუცენტების მოძიება და ანტიოქსიდანტების წარმოების ტექნოლოგიებისშემუშავება წარმოადგენს მნიშვნელოვან გამოწვევას. დღემდე ჩატარებული კვლევების უმეტესობაგანხორციელებულია ბუნებრივ პირობებში მოპოვებული ან კომერციულად კულტივირებული სოკოების ნაყოფსხეულებზე. თუმცა, სოკოს შეგროვება ბუნებრივ პირობებში სეზონურია, ხოლო კომერციულიმიზნებისათვის ნაყოფსხეულის წარმოება შრომატევადი პროცესია, რომელიც გრძელდება რამდენიმე თვე. სოკოების ნაყოფსხეულების გამოყენების უარყოფით მხარეს ასევე წარმოადგენს მათი ცვალებადიხარისხი და მიზნობრივი ნაერთების გამოყოფისა და გაწმედის მაღალი ხარჯი. აქედან გამომდინარე, სოკოების სიღრმული მიცელიალური ბიომასის წარმოება ფერმენტიორებში, წარმოადგენს საუკეთესო დაპერპექტიულ ალტერნატივას ბიოაქტიური ნაერთების მისაღებად.

ფსევდო-პროტეინები ლეიცინის საფუძველზე (ლფპ) როგორც პერსპექტიული ბიოსამედიცინო მასალები: ლფპ ფირების უჯრედ-საყრდენი ფუნქციისა და ბიოდეგრადაციის დინამიკის შესწავლა (2022 – 2025)

მყარი პოლიმერული ფირები, რომელიც საყრდენი მასალის სახით (სკაფლდის) გამოიყენებაბიოსამედიცინო კვლებებში და საშუალებას იძლევა მოხდეს ისეთი in vitro მოდელების აწყობა, რომელიცუკეთ ასახავს ქსოვილის/ორგანოს ფიზიოლოგიასა და პათოლოგიას. ამგვარად, აქტუალურ საკითხად იქცაახალი ბიოპოლიმერების სინთეზი და მათი მომდევნო კლინიკური გამოყენება, ისევე როგორც შესაფერისსკაფოლდებზე დაფუძნებული პლატფორმების განვითარება რეგენერაციული და ტრანპლანტაციურიმედიცინისათვის. ბიოსამედიცინო ამოცანებისთვის ფართოდ იყენებენ ბუნებრივად არსებულბიოდეგრადირებად პოლიმერებს, რომლებსაც ქსოვილებთან მაღალი აფინურობა ახასიათებთ, მაგალითად - კოლაგენს. თუმცა, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ასეთ ბუნებრივ პოლიმერებს გააჩნიათრამდენიმე მნიშვნელოვანი ნაკლი, როგორიცაა: პარტიებს შორის ვარიაცია (batch-to-batch), დაავადებებისგადაცემის რისკი, იმუნური რეაქციები. ბუნებრივ პოლიმერებთან დაკავშირებული პრობლემებისგათვალისწინებით, აშკარაა, რომ ხელოვნური დეგრადირებადი (DPs) პოლიმერების შექმნა ახალპერსპექტივებს აძლევს ქსოვილოვანი ინჟინერიის დარგს. ასეთ სინთეზურ DPs-ს მნიშვნელოვანიუპირატესობები გააჩნიათ: არ არსებობს დაავადებების გადატანის რისკი, იმუნური პასუხი ან არვითარდება, ან ძალიან სუსტია. აუცილებელია, შეფასდეს მოცემული ფსევდო-პროტეინული ფირებისადჰეზიური თვისებები და ის, თუ რა გავლენას ახდენენ ისინი უჯრედების ფიზიოლოგიურ მდგომარეობაზე. ამ მიზნით ფსევდო-პროტეინულ მყარ სუბსტრატებზე გაზრდილ უჯრედებში უნდა შეფასდესფიზიოლოგიური პარამეტრები: უჯრედების ადჰეზია სუბსტრატთან, უჯრედების მიგრაცია, პროლიფერაციისინტენსიურობა, უჯრედების აქტივაცია, ხსნადი ფაქტორების წარმოქმნა. პროექტის ფარგლებშიდავადასტუროთ ჩვენი ჰიპოთეზა, რომ ფსევდო-პროტეინული ფირები ხელს უწყობენ ჭრილობებისშეხორცების პროცესს და, ასევე, დეტალურად შევისწავლოთ სუბსტრატის როლში გამოყენებული PPs-ისგავლენა უჯრედების ფუნქციურ მახასიათებლებზე. ამ მიზნით ჩვენ გამოვიყენებთ ცოცხალი უჯრედებისვიზუალიზაციისთვის ციფრული მიკროსკოპიის ტექნოლოგიებს, მაგალითად ოთხგანზომილებიანი იმიჯინგილაზერული კონფოკალური მიკროსკოპის (CLM) გამოყენებით. ეს დაგვეხმარება დავამტკიცოთ, რომფსევდო-პროტეინული ფირები შეიძლება განვიხილოთ როგორც პერსპექტიული მასალები რეგენარაციულიმედიცინისთვისა და ბიოინჟინერიისთვის.

ფსევდო-პროტეინები ამინომჟავა ლეიცინის საფუძველზე როგორც პერსპექტიული ბიოსამედიცინო მასალები (2022 – 2025)

ბიომიმეტიკური ხელოვნური პოლიმერები, რომლებიც, ერთი მხრივ, ბიოდეგრადაციისას ფიზიოლოგიურ α-L-ამინომჟავებამდე იშლებიან, ხოლო მეორე მხრივ არაიმუნოგენურია, თავისთავში აერთიანებენ როგორცხელოვნური, ასევე ბუნებრივი პოლიმერების უპირატესობებს. თუ ხელოვნური ბიოპოლიმერის თვისებებიახლოა ბუნებრივთან, ეს მას ანიჭებს ბიოთავსებადობას ანუ „მეგობრულს“ ხდის  უჯრედებისადმი მათიადჰეზიის, მიგრაციის,  უჯრედ-უჯრედშორისი კომუნიკაციის, და ბოლოს, ადეკვატური უჯრედული სოციუმისორგანიზების მხრივ. აღნიშნულ კონტექსტში განსაკუთრებით იმედის მომცემია ბიომიმეტიკებისშედარებით ახალი ოჯახი - ფსევდო-პროტეინები (PPs). ჩვენს ლაბორატორიაში, შემოწმდაბიოთავსებადობა იმ ნანონაწილაკებისა, რომლებიც მომზადდა ორი განსხვავებული PP-სგან: 8L6-გან(შედგება L-ლეიცინის, 1,6-ჰექსანდიოლის და სებაცინის მჟავისგან), 1L6-გან (შედგება ნახშირმჟავის, L-ლეიცინისა და 1,6-ჰექსანდიოლისგან. დავადგინეთ, რომ ორივე ტიპის ნანონაწილაკს განსხვავებულისტაბილური უჯრედული ხაზების მიმართ დაბალი ციტოტოქსიურობა ახასიათებდათ. იმავე სახეობის PPs-სგან შეიძლება დამზადდეს თხელი მყარი ფირები. ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ამ PPs-ის მაღალიბიოთავსებადობის გამო, ამდაგვარი ფირები შეიძლება განიხილოს, როგორც საყრდენი მასალებიქსოვილოვან ინჟინერიაში.  თუმცა, აუცილებელია, შეფასდეს მოცემული ფსევდო-პროტეინული ფირებისადჰეზიური თვისებები და ის, თუ რა გავლენას ახდენენ ისინი უჯრედების ფიზიოლოგიურ მდგომარეობაზე. ამ მიზნით, ფსევდო-პროტეინულ მყარ სუბსტრატებზე გაზრდილ უჯრედებში უნდა შეფასდესფიზიოლოგიური პარამეტრები: უჯრედების ადჰეზია სუბსტრატთან, უჯრედების მიგრაცია, პროლიფერაციისინტენსიურობა, ხსნადი ფაქტორების წარმოქმნა და ა.შ. პროექტის ფარგლებში ჩვენი მიზანია,დავადასტუროთ ჩვენი ჰიპოთეზა, რომ ფსევდო-პროტეინული ფირები ხელს უწყობს ჭრილობებისშეხორცების პროცესს და, ასევე, დეტალურად შევისწავლოთ სუბსტრატის როლში გამოყენებული PPs-ისგავლენა უჯრედების ფუნქციურ მახასიათებლებზე. ეს დაგვეხმარება დავამტკიცოთ, რომფსევდო-პროტეინული ფირები შეიძლება განვიხილოთ, როგორც პერსპექტიული მასალები რეგენარაციულიმედიცინისთვისა და ბიოინჟინერიისთვის.

In silico მოდელირების შედეგად შექმნილი ხაზოვანი კათიონური ანტიმიკრობული პეპტიდების in vitro და in vivo შესწავლა (2021 – 2024)

სტანდარტული ანტიბიოტიკები დღითიდღე უფრო არაეფექტური ხდება მათდამი ანტიმიკრობულირეზისტენტობის გაჩენისა და გავრცელების გამო.  2019 წლის მონაცემებით კი ანტიბიოტიკ რეზისტენტულიბაქტერიებით გამოწვეული დაავადებების შედეგად წელიწადში მსოფლიოში 700 000 ადამიანი იღუპება. ბაქტერიულ რეზისთენტობასთან გამკლავებაში ახალი ანტიბიოტიკების პოტენციურ წყაროდ კათიონურიანტიმიკრობული პეპტიდები (კამპ-ები) გვევლინებიან.  ის ფაქტი, რომ ანტიმიკრობულ პეპტიდებს არგააჩნია კონკრეტული სამიზნე, მიკროორგანიზმის მიერ რეზისტენტობის გამომუშავებას ნაკლებადშესაძლებელს ხდის.  ახალი კამპ-ების შემუშავებისთვის ბიონფორმატიკული მიდგომები გამოირჩევიანსისწრაფით და სიიაფით, მაგრამ მრავალი მიდგომის მიუხედავად შემუშვებული ალგორითმებისუმეტესობა არ ითვალისწინებს კამპ-ების სტრუქტურას და ბაქტერიული მემბრანების სხვადასხვა ტიპებს.

ბიოინფორმატიკოსებმა ი. ბერიტაშვილის ექპერიმენტული ბიომედიცინის ცენტრის ბიოინფორმატიკისლაბორატორიიდან, შეიმუშავეს ალგორითმი (Special Prediction (SP) tool), რომელიც მათივე შექმნილ კამპმონაცემთა ბაზას იყენებს მაღალი თერაპევტული ინდექსის მქონე 13 ამინომჟავისგან შემდგარი, კონკრეტული ბაქტერიული შტამის წინააღმდეგ მიმართული ანტიმიკრობული პეპტიდების შექმნისთვის.

მოხდება შეფასება, თუ რამდენად შეესაბამება SP-tool-ს საფუძველზე de novo შექმნილი კამპ-ებისმახასიათებლები ექპერიმენტულ შედეგებს. ამისთვის, პირველ ეტაპზე, 100-მდე in silico გენერირებულიპეპტიდისთვის დადგინდება მინიმალური ბაქტერიოსტატიკური კონცენტრაცია (MIC) და მინიმალურიბაქტერიოციდური  კონცენტრაცია (MBC), შემოწმდება კამპ-ების  ჰემოლიზური აქტივობა,  ძუძუმწოვრებისუჯრედული კულტურის მიმართ ტოქსიურობა, სხვადასხვა ენდოგენური და ბაქტერიული პროტეაზებისადმიმდგრადობა, ბაქტერიული მემბრანის პერმეაბილიზაციის და დნმ-თან კომპლექსების წარმოქმნის უნარი. ასევე გათვალისწინებულია სინერგიზმის გამოვლენა/შეფასება, როგორც de nov შექმნილ კამპ-ებს ასევე de novo შექმნილ კამპ-ებსა და სხვადასხვა მოქმედების მექანიზმის მქომე კომერციულად არსებულანტიბიოტიკებს შორის. საუკეთესო მაჩვენებლების მქონე კამპ-ები შეირჩევიან in vivo კვლევებისთვის. შეფასდება კამპ-ების გავლენა ემბრიონების სიცოცხლისუნარიონობაზე, განვითარების  შეფერხებაზე დამორფოლოგიური სიმახინჯეების წარმოქმნაზე. ასევე, დაგეგმილია ზებრათევზებში სისტემური დალოკალური ინფექციის გამოწვევა სხვადასხვა ბაქტერიული შტამის გამოყენებით  და შემდგომ კამპ-ებისშეყვანა მათი ანტიბაქტერიული თვისებების in vivo შესაფასებისთვის. მოპოვებული ცოდნა დარგშიმომუშავე სამეცნიერო საზოგადოებას დაეხმარება მომდევნო კვლევების ოპტიმიზაციაში და რეზისტენტულბაქტერიებთან ბრძოლისთვის ოპტიმალური სტრატეგიების შემუშავებაში.

დანიო რერიო როგორც ახალი მოდელი PARP კვლევებისთვის (2020 – 2022)

პოლი (ADP-რიბოზა) პოლიმერაზა-1 (PARP-1) ბირთვული ცილაა, რომელიც აკატალიზებს ADP-რიბოზისპოლიმერების NAD+ დამოკიდებულ მიერთებას სხვადასხვა ბირთვულ ცილაზე. ამჟამად, PARP-1 წარმოადგენს სამიზნეს სიმსივნის თერაპიაში. ეს ენზიმი ინტენსიურადაა შესწავლილი ძუძუმწოვრებისსამოდელო სისტემებზე, მაგრამ სხვა ხერხემლიანებში იგი შეუსწავლელი რჩება. ჩვენ მიერ ჩატარებულწინასწარ კვლევებში კომერციულად ხელმისაწვდომმა ძუძუმწოვრების ანტი-PARP-1 ანტისხეულმა ვერგამოავლინეს PARP-1 ცილა, თუმცა PARP-1-ის არსებობა Danio rerio-ის ზრდასრულ ინდივიდებში დაემბრიონებში Activity Blot-ის საშუალობით დავადგინეთ. აღნიშნული პროექტის ფარგლებში ჩვენ მიზნადვისახავთ Danio rerio-ის სპეციფიური ანტისხეულების გენერაციას და PARP-1 და PARG ინჰიბიტორებისგამოყენებას, რათა დავადგინოთ PARP-1 და ADP-რიბოზილირების როლი Danio rerio-ში. მიღებული ცოდნადაგვეხმარება ძუძუმწოვრებში და თევზებში PARP-1-ის და PARG-ის ფუნქციების მსგავსებებისგამოვლენაში და ამგვარად წარადგენს Danio rerio-ს, როგორც ახალ მოდელს PARP-ბიოსამედიცინოკვლევებისთვის.

საფერავის ჯიშის ყურძნიდან გამოყოფილი სტილბენოიდური ნაერთების ლიპიდური მეტაბოლიზმის მარეგულირებელი მოქმედების შესწავლა ჰეპატოსტეატოზის in vitro მოდელზე (2017 – 2020)

ღვიძლის არაალკოჰოლური ცხიმოვანი დაავადება (NAFLD) ღვიძლის ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდგავრცელებული პათოლოგიაა, რომლის პრევალენტობა დასავლეთის ქვეყნებში 20-40% -ს შეადგენს. NAFLD-ის დამახასიათებელი მნიშვნელოვანი კრიტერიუმია - ღვიძლში ტრიგლიცერიდების ჭარბიდაგროვება, რაც წარმოადგენს ლიპიდების სინთეზსა და მათ დაგროვებას შორის დისბალანსისშედეგს. NAFLD-ის პათოგენეზი სრულად შესწავლილი არ არის. ამჟამინდელი სამეცნიერიმონაცემებით, NAFLD-ის ერთადერთ ეფექტურ მკურნალობას კალორიების მიღების შეზღუდვაწარმოადგენს, რისი დაცვაც რთულია NAFLD-ის მქონე უმეტეს პაციენტებში. თაგვების მოდელზეჩატარებულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ კალორიების შეზღუდვა ან რეზვერატროლის გამოყენება ღვიძლსიცავს მაღალ ცხიმოვანი დიეტით გამოწვეული ცხიმის დაგროვებისგან. თუმცა, დეტალური მექანიზმები, რაც საფუძვლად უდევს რეზვერატროლით განპირობებულ ეფექტებს კვლავაც უცნობია.

ჩვენ მიერ ჩატარებული კვლევის ფარგლებში, სტეატოზის in vitro მოდელზე  დავადგინეთ, რომ გაცხიმოვნებულ ჰეპატოციტებში აღენიშნება TLR4-ის მომატებული ექსპრესია კონტროლთან შედარებით, ხოლო სტილბენოიდების მოქმედებისას ადგილი აქვს TLR4-ის ზედაპირული ექსპრესიის დაკლებას. პარალელურად სტილბენოიდების მოქმედებისას გაცხიმოვნებულ ჰეპატოციტებში ასევე აღენიშნა ცხიმების დეპონირების შემცირება და ჟანგბადოვანი რადიკალების დონეს დაკლება.

ზემოთმოყვანილ მონაცემებზე დაყრდნობით, ვვარაუდობთ, რომ სტილბენოიდების გავლენით ცხიმების დეპონირების შემცირება, შესაძლებელია დამოკიდებული იყოს მათ მიერ TLR4-ს სასიგნალო გზის მოდულაციაზე. აღნიშნული სამუშაო ჰიპოთეზის შესამოწმებლად კი ვგეგმავთ, კვლევის შემდგომ ეტაპზე შევისწავლოთ  სტილბენოიდების მიერ ცხიმების დეპონირების შემცირების და TLR4-ის ზედაპირული ექსპრესიის მოდულაციის  მოლეკულური მექანიზმები, რაც, თავისთავად,  ამ ორ მექანიზმს შორის  კავშირის გამოვლენას შეუწყობს ხელს.

საფერავის ჯიშის ყურძნიდან გამოყოფილი სტილბენოიდური ნაერთების ლიპიდური მეტაბოლიზმის მარეგულირებელი მოქმედების შესწავლა ღვიძლის არა-ალკოჰოლური ცხიმოვანი დაავადების in vitro მოდელზე (2015 – 2018)

კვლევაში გამოვიყენეთ კომპლექსური სამოდელო სისტემა, რომელიც მოიცავდა ღვიძლის შემადგენლობაში შემავალი ორი განსხვავებული ტიპის უჯრედების - ჰეპატოციტების და მაკროფაგების მონოშრიან უჯრედულ კულტურებს და ჰეპატოსფეროიდების სამგანზომილებიან მოდელს. ასეთმა მრავალკომპონენტიანმა in vitro სისტემამ საშუალება მოგვცა, მრავალმხრივად შევაფასოთ რეზვერატროლის დაბალი კონცენტრაციების გავლენა გაცხიმოვნებული ღვიძლის მოდელზე. კვლევის პირველ ეტაპზე, სტილბენოიდების ეფექტის შესაფასებლად, ვაკვირდებოდით შიდაუჯრედული ლიპიდების დეპონირების ხარისხს და ასევე პრო-ანთებითი სასიგნალო გზების სტიმულაციაში მონაწილე რეცეპტორის - TLR4-ის ზედაპირული ექსპრესიის დონეს, კვლევის მომდევნო ეტაპზე შესწავლილ იქნა რეზვერატროლით სტიმულაციის მოლეკულური მექანიზმი.

პროექტის შედეგად გამოიკვეთა ის განსხვავებები რეზვერატროლზე საპასუხო რეაქციაში, რაც ახასიათებს ღვიძლში შემავალ განსხვავებული ტიპის უჯრედებს (ჰეპატოციტებს და მაკროფაგებს). გამოვლინდა, რომ რეზვერატროლის დაბალი კონცენტრაციებით ზემოქმედებით შესაძლებელია არა მხოლოდ შიდაუჯრედული ლიპიდების კონცენტრაციის შემცირება, არამედ ასევე მაკროფაგებში პოლარიზაციის გამოწვევა (M1-დან - M2-ში). ეს ორივე მოვლენა, საკმაოდ სწრაფად ვითარდება სტილბენოიდით მოქმედების სულ რაღაც 3 საათში. გარდა ამისა, რეზვერატროლით მოქმედების უფრო ხანგრძლივი პერიოდის შემდგომ (24 საათი) შეინიშნება ჰეპატოციტების და მაკროფაგების ზედაპირზე ანთებითი რეაქციის მსვლელობაში მონაწილე რეცეპტორის - TLR4-ის ზედაპირული ექსპრესიის შემცირება, რაც,  უნდა უწყობდეს ხელს პრო-ანთებითი პროცესების დათრგუნვას.

საფერავის ჯიშის ყურძნიდან გამოყოფილი პოლიფენოლური ნაერთების ლიპიდური მეტაბოლიზმის მარეგულირებელი მოქმედების შესწავლა არა-ალკოჰოლური ცხიმოვანი ღვიძლის დაავადების in vitro და in vivo მოდელზე (2014)

პროექტის ძირითად მიზანს წარმოადგენს საფერავის ჯიშის ყურძნიდან მიღებული სხვადასხვა პოლიფენოლების - სტილბენოიდების სრული ფრაქციის, რეზვერატროლის, e-ვინიფერინის, ტრანს-პიცეიდის გავლენის შესწავლა ლიპიდურ მეტაბოლიზმზე და ანთებით პროცესზე 1) in vitro ორი განსხვავებული სამგანზომილებიანი ღვიძლის არა-ალკოჰოლური ცხიმოვანი დაავადების მოდელის: 3D სფეროიდული სისტემის და ჰეპატოციტების მაკროფაგებთან კო-კულტივირების სისტემის გამოყენებით. აგრეთვე, ორივე ტიპის უჯრედების - როგორც მაკროფაგების, ასევე ჰეპატოციტების შემთხვევაში, ჩვენ მიზნად ვისახავთ გამოვიკვლიოთ თუ რამდენად არის დამოკიდებული სტილბენოიდების ეფექტი TLR4-ის სასაგნალო გზის მოდულაციაზე, რისთვისაც კვლევის მოგვიანებით ეტაპზე ვაპირებთ in vivo ცდების ჩატარებასაც TLR4-ნოკაუტირებული თაგვების გამოყენებით.