Institute of Cellular and Molecular Biology
The Institute of Cellular and Molecular Biology includes two laboratories: Chromatin Biology Laboratory (Head - Professor Giorgi Zaalishvili) and Cellular Immunology Laboratory (Head - Professor Nina Kulikova).
In the Chromatin Biology Laboratory, research is carried out in two main directions:
- Study of Molecular and Cellular Mechanisms of In Silico Generated Cationic Antimicrobial Peptides (CAMPs) on Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria
In the era of increasing antibiotic resistance, cationic antimicrobial peptides (CAMPs) offer a promising alternative to traditional antibiotics. The multitarget nature of CAMPs—where they act on multiple cellular targets—reduces the likelihood of microorganisms developing resistance. Our research focuses on several key areas: Antimicrobial Activity - Evaluating the efficacy of newly generated CAMPs against Gram-positive and Gram-negative bacteria; Synergistic Interactions - Investigating how CAMPs interact synergistically with other antimicrobial agents to enhance their effectiveness; Mechanisms of Action - Exploring how CAMPs affect various subcellular structures, including the cell membrane, cell wall, and nucleoid. Our research aims to advance the understanding of CAMPs and their potential as effective antimicrobial agents in the fight against resistant bacterial infections.
- Study of Molecular Mechanisms of DNA Damage and Repair Induced by Genotoxic Antitumor Drugs
Actively proliferating cells are more susceptible to DNA-damaging agents than differentiated cells, which is why genotoxic drugs are widely used in cancer treatment. Despite their significant antitumor efficacy, these drugs also adversely affect the genetic material of healthy cells, posing a major limitation to their use. Our laboratory investigates the molecular mechanisms underlying DNA damage and repair induced by antitumor drugs, specifically poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors and topoisomerase (Top1 and Top2) inhibitors, using both in vitro and in vivo model systems.
The research in the Cellular Immunology Laboratory is carried out within the following topics:
- Study of the Effect of Resveratrol on Lipid Metabolism Using an In Vitro Model of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease
In animal studies, low doses of trans-resveratrol have been shown to reduce liver fat accumulation, though the precise molecular mechanisms remain unclear. Our research aims to elucidate these mechanisms by investigating the impact of resveratrol on lipid metabolism using an in vitro model. This includes both a monolayer cell culture of mouse hepatocytes (Hepa 1_6 cell line) and a three-dimensional model. Additionally, the institute examines the modulation of cytokines secreted by resveratrol in both hepatocytes and macrophages, utilizing the mouse monocyte/macrophage cell line, RAW267.4.
- Study of Leucine-Based Pseudo-Protein Films for Biomedical Applications
In recent decades, numerous in vitro tissue models have emerged, utilizing solid polymer films as support materials. In this context, a promising new family of biomimetics - pseudo-proteins - has gained attention. Professor Ramaz Katsarava's research group has developed several such pseudo-proteins. Our research focuses on evaluating the potential of leucine-based pseudo-protein films for two main applications: bioengineering and wound healing in regenerative medicine. Specifically, we investigate the dynamics of the wound healing process on pseudo-protein substrates and aim to identify the molecular pathways through which these films influence cell physiology.
Contact
Nina Kulikova
Giorgi Zaalishvili
ფაგების და კათიონური პეპტიდების კომბინირებული ანტიბაქტერიული ეფექტის შესწავლა (2024 - 2025)
ანტიბიოტიკო-რეზისტენტობის ეპოქაში მნიშვნელოვანია ინფორმაციის ფლობა ანტიბიოტიკების ყველა შესაძლო ალტერნატივის თერაპიული პოტენციალის შესახებ. მათ შორის, ცნობილი ანტიმიკრობული აგენტების კომბინირებული ეფექტის შესახებაც. ეს კვლევა მიზნად ისახავს კათიონური ანტიმიკრობული პეპტიდ(კამპ)-ების, როგორც ახალი ტიპის ანტიბიოტიკების და ფაგების, როგორც თერაპიაში გამოყენების ხანგრძლივი ისტორიის მქონე აგენტების შესაძლო სინერგიზმის დადგენას და შესწავლას. კლასიკურ ანტიბიოტიკებთან შედარებით, რეზისტენტობის გამომუშავება, შენარჩუნება და გადაცემა შედარებით უფრო რთულია როგორც პეპტიდების, ასევე ფაგების მიმართ. ხოლო მათი ერთობლივი გამოყენების შემთხვევაში, ეს კიდევ უფრო გართულებული იქნება. მიუხედავად იმისა, რომ ეს კვლევა მიზნად არ ისახავს ახალი თერაპიული მიდგომების დანერგვას, კვლევის ფარგლებში მიღებული ინფორმაცია მნიშვნელოვნად გაამდიდრებს იმ ცოდნას, რომელიც შესაძლოა სამომავლოდ ახალი თერაპიული მიდგომების საფუძველი გახდეს.
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.
Danio rerio როგორც ახალი მოდელი PARP კვლევებისთვის
პოლი(ADP-რიბოზა)პოლიმერაზა-1 (PARP-1) ბირთვული ცილაა, რომელიც აკატალიზებს ADP-რიბოზის პოლიმერების NAD+ დამოკიდებულ მიერთებას სხვადასხვა ბირთვულ ცილაზე. ამჟამად, PARP-1 წარმოადგენს სამიზნეს სიმსივნის თერაპიაში. ეს ენზიმი ინტენსიურადაა შესწავლილი ძუძუმწოვრების სამოდელო სისტემებზე, მაგრამ სხვა ხერხემლიანებში იგი შეუსწავლელი რჩება. ჩატარებულ წინარწარ კვლევებში კომერციულად ხელმისაწვდომმა ძუძუმწოვრების ანტი-PARP-1 ანტისხეულმა ვერ გამოავლინეს PARP-1 ცილა, თუმცა PARP-1-ის არსებობა Danio rerio-ის ზრდასრულ ინდივიდებში და ემბრიონებში Activity Blot-ის საშუალობით დავადგინეთ. აღნიშნული პროექტის ფარგლებში მთავარი მიზანია Danio rerio-ის სპეციფიური ანტისხეულების გენერაცია და PARP-1-/- და PARG-/- Danio rerio-ს ორგანიზმების მიღება, იმისათვის, რომ უკეთ იქნას გარკვეული, თუ რა როლს ასრულებს PARP-1 და ADP-რიბოზილირება Danio rerio-ში. მიღებული ცოდნა მნიშვნელოვანი იქნება ძუძუმწოვრებში და თევზებში PARP-1-ის და PARG-ის ფუნქციების მსგავსობების გამოვლენაში და ამგვარად წარადგენს Danio rerio-ს, როგორც ახალ მოდელს PARP-ბიოსამედიცინო კვლევებისთვის.
ლიპიდური მეტაბოლიზმის რეგულაციის PARP1 ან/და SIRT1-დამოკიდებული გზების აქტივაცია ტრანს-რეზვერატროლის მიერ: კვლევა სტეატოზის in vitro მოდელის გამოყენებით (2019)
პროექტის მთავარი კვლევითი მიზანი იყო შესწავლილიყო დაბალი დოზის ტრანს-რეზვერატროლის (5μM, 10μM) გავლენა ლიპიდურ მეტაბოლიზმზე NAFLD-ის in vitro მოდელის პირობებში. მოდელის შექმნისას, გათვალისწინებული იყო, რომ ღვიძლის ქსოვილი უჯრედების რამოდენიმე ტიპს შეიცავს და შეირჩა ორი უჯრედული ხაზი: ჰეპატოციტები და მაკროფაგები. შესაბამისად, შეიქმნა ორგვარი in vitro სამოდელო სისტემა: თავისუფალი ცხიმოვანი მჟავებით წინასწარ გაცხიმოვნებული ჰეპატოციტები (Hepa 1-6) და ასევე თავისუფალი ცხიმოვანი მჟავებით წინასწარ გაცხიმოვნებული მაკროფაგები (RAW264.7). კვლევითი ჯგუფის მიერ ადრე ნაჩვენები იყო, რომ რეზვერატროლი ლიპიდური მეტაბოლიზმის მარეგულირებელი ტრანსკრიპციულილი ფაქტორის -peroxisome proliferator-activated receptor-g (PPAR-g)-ს ცილოვანი პროდუქტის დონის აწევას იწვევს. დასახული კვლევითი ამოცანების თანახმად, პროექტის ფარგლებში შესწავლილ იქნა პოლი-(ადფ)-რიბოზა პოლიმერაზის (PARP1/2) ჩართულობა რეზვერატროლით სტიმულირებულ სასიგნალო გზაში. PARP-ის სპეციფიური ინჰიბიტორის - ოლაპარიბის გამოყენებით, არა მხოლოდ დადასტურდა ჯგუფის წინასწარი მონაცემები, რომ ჰეპატოციტებში რეზვერატროლით სტიმულირებული PPAR-g-ს ცილოვანი პროდუქტის დონის მატება PARP-დამოკიდებულია, არამედ ასევე ნაჩვენებია, რომ მსგავსი სურათი არის მაკროფაგების შემთხვევაშიც.
ჰიალურონის მჟავის ჰიდროგელების Restylane-ის და Sculptra-ს გავლენა ფიბრობლასტების მორფო-ფუნქციურ მდგომარეობაზე: in vitro კოლაგენის სინთეზის მასტიმულირებელი პოტენციალის შესწავლა (2019)
კვლევის მიზანს წარმოადგენდა ჰიალურონის მჟავის ჰიდროგელის ზემოქმედების შესწავლა პირველად კულტურაში მზარდი ფიბრობლასტების სტრუქტურულ-ფუნქციურ პარამეტრებზე. გამოყენებული იყო ჰიალურონის მჟავის დერმული ფილერის კომერციული ვერსია - Restylane. სტრუქტურული კვლევა იწარმოებოდა სტანდარტული ფოტონური და მასკანირებელ ელექტრონული მიკროსკოპიის გამოყენებით. ფუნქციური ანალიზისტვის გამოიყენებოდა გამდინარე ციტომეტრია (პოპულაციაში აპოპტოზური უჯრედების პროცენტის შესაფასებლად) და იმუნოფერმენტული ანალიზი (ELISA) – უჯრედული კულტურების სუპერნატანტებში ხსნადი კოლაგენის დონის განსაზღვრისთვის.
პეპტიდთა ანიტიმიკრობული აქტივობისა და სტრუქტურის შესახებ მონაცემთა ბაზა (2017 - 2024)
ამპ-ები ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში, სოფლის მეურნეობაში, საკვები პროდუქტების კონსერვაციის საქმეში და სხვ. მიუხედავადა იმისა, რომ ამპ-თა ფართო სპექტრია იდენტიფიცირებული და შესწავლილი, სტრუქტურა-აქტივობას შორის დამოკიდებულების ნათელი სურათი ჯერ კიდევ არაა შექმნილი. ასეთი მდგომარეობა უკავშირდება იმას, რომ ამპ-თათვის დამახასიათებელია ამინომჟავურ თანამიმდევრობათა და სივრცულ სტრუქტურათა დიდი მრავალფეროვნება და ასეთ არაერთგვაროვან სიმრავლეში რაიმე ზოგადი კანონზომიერების დადგენა გაძნელებულია. სტრუქტურა-აქტივობას შორის დამოკიდებულებების ცოდნა აუცილებელია ამპ-თა საფუძველზე ახალი ანტიბიოტიკების მიზანმიმართული პროექტირების განხორციელებისათვის. დღევანდელი მდგომარეობით, მხოლოდ თანამიმდევრობაზე დაფუძნებულ ანტიმიკრობული აქტივობის წინასწარმეტყველებას გვთავაზობენ მთელი რიგი ამპ-თა შესახებ მონაცემთა ბაზები. ასეთი წინასწარმეტყველება წარმოადგენს პირველ ეტაპს ახალი წამლის პროექტირების პროცესში. დღეს არსებული წინასწარმეტყველების მეთოდები ეფუძნებიან სამანქანო დასწავლის ალგორითმებს. სამანქანო დასწავლა სავარჯიშო და საცდელი პროცედურების განხორციელებისას მანიპულირებს დადებითი (ამპ) და უარყოფითი (არა-ამპ) სიმრავლეებით. ექსპერიმენტით დადასტურებული დადებითი და უარყოფითი სიმრავლის ფორმირება მოითხოვს შესაბამისი მონაცემების ქონას. ლაბორატორიაში შეიქმნა და განვითრების პროცესშია პეპტიდების ანტიმიკრობული აქტივობისა და სტრუქტურის შესახებ მონაცემთა ბაზა, DBAASP, რომელშიც თავმოყრილია ინფორმაცია 4500 -ზე მეტი პეპტიდის შესახებ. იგი იძლევა ექსპერიმენტით დადასტურებული დადებითი და უარყოფითი სიმრავლეების ფორმირების შესაძლებლობას. შესაბამისად იქმნება საფუძველი სამანქანო თვითდასწავლის მეთოდებზე დაფუძნებული წინასწარმეტყველების ალგორითმისა, და მის საფუძველზე მოცემული მოთხოვნების შესაბამისი წამლის ნაკლები დანახარჯებით პროექტირების მეთოდის შემუშავებისათვის.
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.
Nina Kulikova
Professor; Co-Head of the Institute of Cellular and Molecular BiologyGiorgi Zaalishvili
Professor; Co-Head of the Institute of Cellular and Molecular BiologyTinatin Kachlishvili
Lecturer; Researcher at the Laboratory of Cellular ImmunologyMariam Ksovreli
Lecturer; Researcher at the Laboratory of Cellular ImmunologyMargarita Karapetiani
Lecturer; Researcher of the Laboratory of Chromatin BiologyKsovreli, M., Kachlishvili, T., Skvitaridze, M., Nadaraia, L., Goliadze, R., Kamashidze, L., Zurabiani, K., Batsatsashvili, T., Kvachantiradze, N., Gverdtsiteli, M., Kantaria, T., Piot, O., Courageot, M.-P., Terryn, C., Tchelidze, P., Katsarava, R., Kulikova, N. (2024). Wound Closure Promotion by Leucene-based Pseudo-Proteins: an in vitro Study. Int. J. Mol. Sci., 25, 9641, https://doi.org/10.3390/ijms25179641
Lasareishvili, B., Mtvarelidze, L., Gachechiladze, N., Berishvili, M., Dumbadze, L., Kachlishvili, T., Kulikova, N., Ghvaladze, E., Jaiani, E., Tarabara, V., Kazmierczak, Z., Dabrowska, K. (2024). Exploring the Impact of Physicochemical Properties on phage Immunogenicity: A Study of E. coli Podoviridae Phages and their DNA, Abstract Book
Lasareishvili, B., Mtvarelidze, L., Gachechiladze, N., Berishvili, M., Esitashvili, G., Motskobili, Kh., Gilauri, R., Dumbadze, L., Kachlishvili, T., Kulikova, N., Ghvaladze, E., Tsomaia, K., Archvadze, N., Jaiani, E., Tarabara, V., Kazmierczak, Z., Dabrowska, K. (2024). EXPLORING THE IMPACT OF PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES ON PHAGE PHARMACOKINETICS AND IMMUNOGENICITY: A STUDY OF E.COLI PODOVIRIDAE PHAGES, Abstract Book
Karapetian, M., Alimbarashvili, E., Vishnepolsky, B., Gabrielian, A., Rosenthal, A., Hurt, D. E., Tartakovsky, M., Mchedlishvili, M., Arsenadze, D., Pirtskhalava, M., Zaalishvili, G. (2024). Evaluation of the synergistic potential and mechanisms of action for de novo designed cationic antimicrobial peptides. Heliyon, Elsevier.
Edwards, K., Lydyard, PM., Kulikova, N., Tsertsvadze, T., Volpi, EV., Chiorazzi, N., Porakishvili, N. (2023). The role of CD180 in hematological malignancies and inflammatory disorders. Mol Med. 29(1):97. doi: 10.1186/s10020-023-00682-x. PMID: 37460961; PMCID: PMC10353253
Ksovreli, M., Kachlishvili, T., Mtiulishvili, T., Dzmanashvili, Batsatsashvili, T., Zurabiani, K., Tughushi, D., Kantaria,Tem., Nadaraia, L., Rusishvili L., Piot, O., Terryn, C., Tchelidze, P., Katsarava, R., Kulikova, N. (2023). Leucine-based Pseudo-Proteins (LPPs) as Promising Biomaterials: A Study of Cell-Supporting Properties. POLYMERS, 15, 3328. https://doi.org/10.3390/polym15153328
Tsikarishvili, S., Karapetian, M., Kulikova, N., Zaalishvili, G. (2021). PARP inhibition suppresses topoisomerase 1 poisoning induced Caspase-3 dependent cell death in zebrafish embryos. Biochemical and Biophysical Research Communications (BBRC) Vol.550: 166-170, ISSN 0006-291X
Kachlishvili, T., Ksovreli, M., Gabruashvili, D., Museridze, M., Bezhuashvili, M., Zaalishvili, G., Kulikova, N. (2020). Low-dose trans-resveratrol induce poly (ADP)-ribosylation-dependent increase of the PPAR-γ protein expression level in the in vitro model of non-alcoholic fatty liver disease. Mol Biol Rep. 47(10):8331-8337. doi: 10.1007/s11033-020-05863-z
Kantaria, Tem., Kantaria, Ten., Kobauri, S., Ksovreli, M., Kachlishvili, T., Kulikova, N., Tugushi, D., Katsarava, R. (2019). A new generation of biocompatible nanoparticles made of resorbable poly (ester amide)s, Ann. Agrarian Sci., 17 49-58.
Karapetian, M., Tsikarishvili, S., Kulikova, N., Kurdadze, A., Zaalishvili, G. (2019). Genotoxic Effects of Topoisomerase Poisoning and PARP inhibition on Zebrafish Embryos. DNA Repair, 102772, ISSN 1568-7864
Vishnepolsky, B., Zaalishvili, G., Karapetian, M., Nasrashvili, T., Kuljanishvili, N., Gabrielian, A., Rosenthal, A., Hurt, D., Tartakovsky, M., Grigolava, M., Pirtskhalava, M. (2019). De Novo Design and In Vitro Testing of Antimicrobial Peptides against Gram-Negative Bacteria. Pharmaceuticals. 12. 82. 10.3390/ph12020082
Vishnepolsky, B., Zaalishvili, G., Karapetian, M., Gabrielian, A., Rosenthal, A., Hurt, D., Tartakovsky, M., Grigolava, M., Pirtskhalava, M. (2019). Development of the model of in silico design of AMPs active against Staphylococcus aureus 25923. 6359. 10.3390/ECMC2019-06359
Gambashidze, I., Pantsulaia, M., Iobadze, Lasareishvili, B, Jaiani, B., Tediashvili, M. (2018). Influence of E. coli phage lysates IL-12 and IFNγ production and parameters of cancer growth in lab mice with Erlich carcinoma, Experimental and clinical medicine, 90-97
Vishnepolsky, B., Grigolava, M., Zaalishvili, G., Karapetian, M., Pirtskhalava, M. (2018). DBAASP Special prediction as a tool for the prediction of antimicrobial potency against particular target species. 5608. 10.3390/ecmc-4-05608
Kantaria, Tem., Kantaria, Ten., Kobauri, S., Ksovreli, M., Kachlishvili, T., Kulikova, N., Tugushi, D., Katsarava, R. (2017). In vitro biocompatibility and cell permeability study of biodegradable nanoparticles made of amino acid based poly (ester amide). J. Chem. Eng. Process Technol., 8:4 (Suppl).
Katsarava, R., Kulikova, N., Puiggalí, J. (2016). Amino Acid Based Biodegradable Polymers – promising materials for the applications in regenerative medicine (Review). J. J. Regener. Med., 1(1): 012.
Kantaria, Tem., Kantaria, Teng., Kobauri, S., Ksovreli, M., Kachlishvili, T., Kulikova, N., Tugushi, D., Katsarava, R. (2016). Biodegradable nanoparticles made of amino acid based ester polymers: preparation, characterization, and in vitro biocompatibility study. Appl. Sci. 6, 444; doi:10.3390/app6120444
Vishnepolsky, B., Grigolava, M., Zaalishvili, G., Karapetian, M., Pirtskhalava, M. (2016). Design and in vitro Testing of New Antimicrobial Peptides Based on QSAR Modelling. A031. 10.3390/ecmc-2-A031
Porakishvili, N., Vispute, K., Steele, A.J., Rajakaruna, N., Kulikova, N., Tsertsvadze, T., Nathwani, A., Damle, R.N., Clark, E.A., Rai, K.R., Chiorazzi, N., Lydyard, P.M. (2015). Re-wiring of sIgM mediated intracellular signaling through the CD180 toll-like receptor. Molecular Medicine (Cambridge, Mass.). doi: 10.2119/molmed.2014.00256