Лаборатория молекулярного имиджинга


Богданов Алексей Алексеевич

Заведующий лабораторией
доктор биологических наук, профессор
ИНБИ, корп. 3, комн. 33
E-Mail bogdanov.alexei@gmail.com

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
молекулярная визуализация, флуоресцентный имиджинг с временным разрешением, магнитно-резонансная томография, протеиназы, флуоресцентные цветные белки,  генетически-кодируемые сенсоры,  воспаление, канцерогенез

Краткая история лаборатории
Лаборатория молекулярного имиджинга  сформирована  в 2018 году на базе ФИЦ Биотехнологии РАН в соответствии с Постановлением №220  Правительства РФ от 09.04.2010 для выполнения работ по гранту № 14.W03.31.0023 Минобрнауки России «​​​​​Визуализация и инженерия эукариотических геномов» в  рамках подпрограммы «Институциональное развитие научно-исследовательского сектора» государственной программы Российской Федерации «Развитие науки и технологий» на 2013 – 2020 годы.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА «​​​​​Визуализация и инженерия эукариотических геномов»

 

Направления исследований
Лаборатория молекулярной визуализации была создана с целью решения ряда важных научных проблем, связанных с медицинской биотехнологией и нанотехнологиями. Исследователи, участвующие в проекте, имеют видные международные позиции в своих областях и являются экспертами в своих областях, то есть неинвазивной визуализации в живых системах, биофизике, биохимии и конструировании флуоресцентных белков, а также радиологии. Мы создали междисциплинарную исследовательскую группу, чтобы получить прорывные результаты в рамках нескольких взаимосвязанных направлений исследований на стыке молекулярной биологии, биофизики и медицины. Основная цель лаборатории – прорывные исследования в области картирования эукариотического генома с использованием мультимодальных / томографических и междисциплинарных подходов. Лаборатория активно занимается исследованиями по следующим направлениям:

  •  разработка биоинженерных подходов для создания молекул флуоресцентных сенсоров на основе мутантов, происходящих из эндонуклеаз семейства Cas;
  •  применение достижений лаборатории ведущего ученого в области нанотехнологий для доставки рекомбинантных молекул и вирусных конструкций с целью регулируемой экспрессии сенсоров на основе CRISPR / Cas9 в клетках и тканях экспериментальных животных;
  • использование пикосекундной лазерной технологии для изучения времени жизни флуоресценции рекомбинантных сенсорных молекул в контексте нацеливания на геномную ДНК;
  • создание технологии гибридной визуализации, которая сочетает в себе магнитно-резонансную томографию и флуоресцентную визуализацию времени жизни во временной области.

 

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

1) Впервые созданы лентивирусные векторы-переносчики для доксициклин регулируемой экспрессии химерных белков на основе каталитически неактивного мутанта эндонуклеазы Cas9 (dCas9);

2) Проведены эксперименты по коэкспрессии и локализации в ядре клеток химерных белков на основе ортологов dCas9;

3) Проведена установка и введение в эксплуатацию исследовательского некриогенного прибора для доклинического МРТ;

4) С помощью МРТ проведено исследование распределения смесей, просветляющих поверхность кожи, в подкожных тканях;

5) Проведена 4-я Международная школа по перспективным методам флуоресцентного имиджинга ADFLIM на базе СГУ с 23 по 27 сентября 2019 г. совместно с XXIII Международной школой для студентов и молодых ученых по оптике, лазерной физике и биофотонике.  Слушатели научно-образовательных школ приняли участие также в работе Международного симпозиума «Оптика и биофотоника ‑ VII», который был организован СГУ и ФИЦ Биотехнологии РАН с 24 по 27 сентября 2019 г.

Информация о школе размещена на сайте: http://www.adflim.org/4_ya_shkola_adflim.html
Информация о мероприятиях размещена на сайте СГУ: https://www.sgu.ru/structure/fiz/saratov-fall-meeting

6) По результатам исследований за период 2018-2020 гг. опубликовано 10 работ в журналах, индексируемых WoS (Q1–Q4). Одна работа находится на рассмотрении в редакции (см. Публикации).

7) Результаты исследований представлены на III Международной научной конференции «Наука будущего» и IV Всероссийском форуме «Наука будущего – наука молодых». О проведении работ по проекту договора №14.W03.31.0023 Министерства науки и высшего образования РФ выступил руководитель лаборатории молекулярного имиджинга ведущий ученый Богданов А.А. Он принимал участие в Круглом столе для обсуждения стратегии Мегагрантов на 2020-2025 г, а также участвовал в жюри экспертов по оценке работ (проектных команд) молодых ученых по секции «Медицина и Фармакология».

На VI Съезде биохимиков России в рамках II Объединенного научного форума Богдановым АА, от имени соавторов (В.Г. Метелева, Т. Тажьян, И.Д. Соловьева, А.Т.Н. Кумара, С. Жанг, А.П. Савицкого), 03.10.2019 был сделан обзорный доклад на тему «Молекулярная визуализация воспалительных процессов с помощью сенсорных молекул».

На конференции SPIE Photonics West (San Francisco CA) 2-2-2020 Богдановым АА был сделан доклад (по приглашению SPIE, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers), и по материалам доклада была опубликована онлайн статья (см. статьи в сборниках).  На конференции SPIE Photonics Europe Digital Forum (Франция) сотрудниками научного коллектива сделаны  онлайн доклады (см. Conference  Online Presentations)

 

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Богданов
Алексей Алексеевич
профессор, д.б.н.зав. лабораториейИНБИ, корп. 3, комн. 33bogdanov.alexei@gmail.com
2Жердева
Виктория Вячеславовна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 223(495) 660-34-30 доб.194194vjerdeva@inbi.ras.ru
3Казачкина
Наталия Ивановна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 223(495) 660-34-30 доб.194194nkazachkina@inbi.ras.ru

 

КАРТОЧКА ПРОЕКТА «​​​​​Визуализация и инженерия эукариотических геномов»

Оборудование

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

В конце мая 2019 в рамках выполнения работ по проекту №14.W03.31.0023 Министерства науки и высшего образования РФ в помещении лаборатории Молекулярного имиджинга ИНБИ (корп. 2, комн. 120) был установлен и введен в эксплуатацию новейший прибор М3™ для доклинической магнитно- резонансной томографии (МРТ). Прибор произведен компанией Aspect Imaging (Шохам, Израиль) и предназначен для визуализации деталей анатомии и физиологии экспериментальных животных (грызунов весом до 30 г).

М3™ МРТ сконструирован на основе компактного высокоэффективного постоянного магнита с напряженностью магнитного поля 1 Тесла, который не требует криогенного обеспечения. Данная МРТ установка представляет собой пока единственную в России систему, и одну из примерно 100 доклинических МРТ систем, установленных в ведущих научно- исследовательских и R&D центрах мира.

Томографические изображения, полученные при использовании данной МРТ установки, основаны на различиях во временах релаксации и концентрации протонов молекул, в большом количестве присутствующих в тканях живых организмов. Данные изображения могут быть получены с высоким объёмным разрешением (т.е. объёмом вокселя), достигающим долей кубического миллиметра (микролитра).

В систему входят система для анестезии и иммобилизации животного, система физиологического мониторинга, а также все необходимые компоненты для получения, регистрации, сбора данных и их анализа, включая компьютерное обеспечение для регистрации изображений, получаемых в многоканальных, мульти модальных режимах работы, в том числе в сочетании с позитронно-эмиссионной и оптической томографией.

Данная система удовлетворяет высоким потребностям лаборатории в объединении подходов по  получению  МРТ-изображений и флуоресцентных изображений на одном и том же экспериментальном животном для решения задач по визуализации  и локализации различных процессов в живом организме в динамике, в норме и патологии.

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ГРАНТЫ И ХОЗДОГОВОРА (2014-2015гг.)

№ пп Наименование работы № лота, контракта, соглашения, субсидии Финансирующая организация Наименование программы Период проведения работ Соисполнитель Руководитель работ
1. Синтез потенциальных ингибиторов матриксной металлопротеиназы-2 и изучение их свойств in vitro и in vivo 14-04-01266 Российский фонд фундаментальных исследований 2014-2016 Жердева В.В.
2. Изучение закономерностей воздействия фотодинамической терапии на злокачественные клетки и опухоли на молекулярно-биохимическом уровне 14-02-00934 Российский фонд фундаментальных исследований 2014-2016 Меерович И.Г
3. Разработка метода прижизненной визуализации протеиназной активности в опухолях in vivo 14-08-01017 Российский фонд фундаментальных исследований 2014-2016 Казачкина Н.И.
4. Флуоресцентные сенсоры нового поколения для детекции протеолитической активности в живых клетках и организмах 13-04-40305-Н РФФИ-КОМФИ 2013-2015 ИБХ Савицкий А.П.
5. Изучение структуры и спектрально-флуоресцентных свойств цветных флуоресцирующих белков из кораллов и создание на их основе клеточных сенсоров для субдифракционной сверхразрешающей молекулярной визуализации биохимических процессов в клетках Президиум РАН Молекулярная и клеточная биология 2014-2018 Савицкий А.П.
6. Современные методы молекулярного флуоресцентного имиджинга с высоким пространственным и временным разрешением 15-14-30019 Российский научный фонд Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований с представлением результатов в рамках международной конференции (конгресса 2014-2017 Савицкий А.П.

 

Статьи в научных изданиях, индексируемых в базе данных WoS (по результатам 2018-2020):

  1. Bogdanov AA, Solovyev ID, Savitsky AP. Sensors for Proteolytic Activity Visualization and Their Application in Animal Models of Human Diseases. Biochemistry-Moscow 2019, Vol.84, Supplement1, S1-S18. (WoS, Q4,  I F 1.724,  SJR 0.16)
  2. Sdobnov AY,   Lademann J, Darvin ME, Tuchin VV. Sensors for Proteolytic Activity Visualization and Their Application in Animal Models of Human Diseases, Biochemistry-Moscow, Vol.84, Supplement1, S144-S158. WoS, Q4,  I F 1.724,  SJR 0.16)
  3. Sdobnov AY, Darvin ME, Schleusener J, Lademann J, Tuchin VV. Hydrogen bound water profiles in the skin influenced by optical clearing molecular agents- quantitative analysis using confocal Raman microscopy. J Biophotonics 2019 May;12(5):e201800283, doi: 10.1002/jbio.201800283.
  4. Xie Q., Zeng N., Huang Y., Tuchin V. V., Ma H. Study on the tissue clearing process using different agents by Mueller matrix microscope. Biomed. Opt. Express.2019. 10(7), 3269–3280.
  5. Leporati A., Gupta S., Bolotin E., Castillo G., Alfaro J., Gottikh M.B., Bogdanov A.A. Jr. Antiretroviral Hydrophobic Core Graft-Copolymer Nanoparticles: The Effectiveness against Mutant HIV-1 Strains and in Vivo Distribution after Topical Application . Pharm. Res. 2019,  36 (5):73. doi: 10.1007/s11095-019-2604-9.
  6. Munkhbat O., Canakci M., Zheng S., Hu W., Osborne B., Bogdanov A.A., Thayumanavan S. 19F MRI of Polymer Nanogels Aided by Improved Segmental Mobility of Embedded Fluorine Moieties. Biomacromolecules 2019, 20( 2): 790-800. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.8b01383
  7. Rodríguez-Rodríguez A., Shuvaev S., Rotile N., Jones C.M., Probst C.K., Ferreira D.D.S., Graham-O′Regan K., Boros E., Knipe R.S., Griffith J.W., Tager A.M., Bogdanov Jr. A.A., Caravan P. Peroxidase Sensitive Amplifiable Probe for Molecular Magnetic Resonance Imaging of Pulmonary Inflammation. ACS Sens. 2019, 4(9): 2412-2419, https://doi.org/10.1021/acssensors.9b01010
  8. Carneiro I, Carvalho S, Henrique R, Oliveira L, Tuchin V. Moving tissue spectral window to the deep-ultraviolet via optical clearing. J. Biophotonics. 2019, 12 (12), e201900181. https:// doi.org/10.1002/jbio.201900181.
  9. Taghian, T, Metelev, VG, Zhang, S, Bogdanov, AA Jr. Imaging NF-κB activity in a murine model of early stage diabetes. The FASEB Journal 2020, 34:1198–1210
  10. Metelev VG, Bogdanov AA Jr «Synthesis and applications of theranostic oligonucleotides carrying multiple fluorine atoms». Theranostics 10 (3), 1391 2020

На рассмотрении в редакции Journal of Biophotonics:

Tuchina DK, Meerovich IG, Sindeeva OA, Zherdeva VV,  Savitsky AP, Bogdanov Jr, AA, Tuchin, VV. Magnetic Resonance Contrast Agents in Optical Clearing: Prospects for Multimodal Tissue Imaging

 

Материалы конференций:

1. Bogdanov A.A. Jr., Metelev V.G., Taghian T., Solovyev I., Kumar A.T.N, Zhang S., Savitsky A.Р. Near-infrared oligonucleotide duplex sensors for imaging rapidly activated transcription factors in vitro and in situ . Proc. SPIE 10877, Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XVI. 2019. 1087702; doi: 10.1117/12.2511124.

2.  Selifonov A.A., ShapovalO. G.,  Yuvchenko S. A., Zimnyakov D. A., Mikerov A. N., Tuchin V. V. «Clinical studies of the combined action of ultraviolet and laser (662 nm) radiation with methylene blue for local therapy of defects of oral mucosa in chronic recurrent aphthous stomatitis,» Proc. SPIE 11065, Saratov Fall Meeting 2018: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine, 1106519 (3 June 2019).

3. Salem S. F., Tuchin V. V., «Theoretical study of the blood stream in a tube in the presence of a steady-state magnetic field,» Proc. SPIE 11067, Saratov Fall Meeting 2018: Computations and Data Analysis: from Nanoscale Tools to Brain Functions, 1106716 (3 June 2019).

4. Bogdanov AA Jr, Tuchin VV, Meerovich IG, Kazachkina NI, Zherdeva VV, Solovyev ID, Tuchina DK, Savitsky AP. Towards registration of optical and MR signal changes in subcutaneous tumor volume in vivo after optical skin clearing. Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XVII 112390N, SPIE Digital Library. 2020

 

Монографии:

  1. Oliveira L. and Tuchin V. V.  The optical clearing method: A new tool for Clinical Practice and Biomedical Engineering, Basel: Springer Nature Switzerland AG, 2019. ISBN 978-3-030-33054-5.

 

Заявка на патент и на международный патент на изобретение «Способ визуализации биологических тканей и/или органов»

 

Участие в конференциях:

Устные доклады

1.     Tuchina DK, Sindeeva OA, Savitsky AP, Bogdanov AA, Tuchin VV. In vivo application of magnetic resonance imaging contrast agents for tissue optical clearing. Tissue Optics and Photonics. SPIE Photonics Europe Digital Forum, France, May 13, 2020, (Conference Online Presentation).

2.     Bogdanov AA Jr, Meerovich I, Kazachkina N, Zherdeva V,  Solovyev I,  Tuchina DK,  Savitsky AP, Tuchin VV. Optical clearing effects in subcutaneous red-fluorescent tumors monitored by fluorescence and magnetic resonance imaging in vivo. SPIE Photonics Europe Digital Forum, France, 2020, (Conference Online Presentation)

3.     Bogdanov A.A.  Time-resolved fluorescence for detecting of rapidly activated transcription factor interaction with the near-infrared oligonucleotide probes in vitro and in situ: Conference 10877.  Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XVI. SPIE West BIOS, The Moscone Center,  San Francisco CA,  February 3, 2019   (invited keynote presentation)

4.     Bogdanov A.A. Molecular imaging sensors for inflammatory biomarkers.   Trans-NIH Conference on Imaging Inflammation and its Resolution in Health and Diseases by National Institutes of Health, Rockville MD, June 10-11, 2019 (Invited paper)

5.     Savitsky AP, Meerovich IG, Zherdeva VV, Kazachkina NI, Tuchina DK, Konovalov AB, Vlasov VV, Tuchin VV, Bogdanov AAJr. A new solution for an old problem of fluorescence optical tomography: measurement in lifetime domain and optical clearing combined with MRI.  VII International Symposium : TOPICAL PROBLEMS OF BIOPHOTONICS 2019 Nizhniy Novgorod — Uglich — Nizhniy Novgorod   July 27-31, 2019 (Keynote presentation)

6.     I.G. Meerovich, N.I. Kazachkina, V.V. Zherdeva, D.K. Tuchina, A. Bogdanov1 Jr., V.V. Tuchin, A.P. Savitskу. Combined approach for optical clearing of skin: FLIM and MRI .Saratov State University, Saratov, September  24-28  http://adflim.org/files/ uploaded/ADFLIM321092018.pdf

7.     Alexei A. Bogdanov, Valeriy Metelev, Toloo Taghian, Ilya D. Solovyev, Anand T. N. Kumar, Surong Zhang, Alexander Savitsky, “Time-resolved fluorescence for detecting of rapidly activated transcription factor interaction with the near-infrared oligonucleotide probes in vitro and in situ”     SPIE Photonics West Symposia, Conference: Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XVI,     February, 3,  2019, Paper 10877-17. (Keynote presentation)

8.      Богданов А.А., Метелев В.Г., Тажьян Т. [и др.] II Объединенный научный форум, включающий VI Cъезд физиологов СНГ, VI Съезд биохимиков России и IX Российский симпозиум «Белки и пептиды», (01-6 октября 2019 г., г. Сочи, Дагомыс). Молекулярная визуализация воспалительных процессов с помощью сенсорных молекул. (Keynote presentation)

9.     В.В. Тучин,  И.Г. Меерович,  Д.К. Тучина [и др.]. II Объединенный научный форум: VI Съезд физиологов СНГ, VI Съезд биохимиков России и IX Российский симпозиум «Белки и пептиды» (01-6 октября 2019 г., г. Сочи-Дагомыс). Скрытая диффузия молекул оптических просветляющих агентов: достоинства и недостатки при оптической визуализации патологий (Keynote presentation)

10.  Savitsky A.P FRET for biochemical application: principles and mode of measurements. 3rd School on ADFLIM, Saratov State University, Saratov, September  24-28 http://adflim.org/files/ uploaded/ADFLIM321092018.pdf (Invited paper).

11.  Valery Tuchin, ”Optical clearing as a promising technique for in vivo optical imaging and treatment of hidden pathologies,”12th Workshop on Advanced Multiphoton and Fluorescence Lifetime Imaging Techniques FLIM2018” Conference in Berlin-Adlershof, Max-Born-Institute, June 15 — 16, 2018 (Invited paper).

12.  Valery V. Tuchin, “Optical clearing as a promising technology for in vivo laser diagnostics and treatment of hidden pathologies,” Advanced Laser Technologies (ALT’18), September 09-14, 2018, Tarragona, Spain (Plenary paper).

13.  Valery V. Tuchin «Biophotonics in Russia: main directions and development prospects» X International Conference «Basic Problems of Optics (BPO’18)», St. Petersburg October 15-19, 2018 (Plenary paper).

14.  Valery Tuchin, ”Tissue optical clearing as a platform for in vivo optical imaging and treatment of hidden pathologies: from UV to terahertz,” International Conference on Laser Applications in Life Sciences (LALS) in Israel, November 18-20, 2018, Bar-Ilan University, Israel (Plenary paper).

15.  Valery Tuchin, ”Tissue optics and optical clearing for functional imaging,” 30th International SAOT Workshop, Functional Optical Imaging in Medical Engineering, November 29 – 30, 2018, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, Germany (Plenary paper).

16.  Valery Tuchin, “Optical clearing of tissues in a broad spectral range from UV to THz,” International Conference on Bio Sensing and Imaging (ICOBSI), December 17-19, 2018, Palazzo Affari Firenze Fiera (Invited paper).

17.  Vladislav I. Shcheslavskiy,  Marina Shirmanova,  Victoria Zherdeva et al. Macroscopic time-resolved imaging of tumor. Proceedings of SPIE. 2018; Vol.104980V: 4980-4980. DOI: 10.1117/12.2299317.

 

Постеры

18.  Tuchina, DK, Olga A. Sindeeva, Alexander P. Savitsky, Alexei A. Bogdanov, Jr., Valery V. Tuchin “MRI contrast media as optical clearing agents: perspectives for tissue multimodal imaging “ 15th International Conference on Laser Applications in Life Sciences (LALS), Bar-Ilan University, Tel Aviv, Israel. November,18-20 2018. https://www.lals.org.il/wp- content/uploads/sites/10/2018/ 04/posters.pdf

19.  Taghian Т,  Metelev VG, Solovyev I, Savitsky A, Bogdanov AA Jr. Near-infrared fluorescent probe for detecting functional activity of NF-kappaB in pancreas tissue of pre-diabetic mouse model of type 1 diabetes. Proc. 2018 World Molecular Imaging Congress,  Seattle WA, September 10-15, 2018   Abstract P021 (Poster)

20.  ZherdevaV.V.,  Mardanova R.U., Savitsky A.P. Relevance of the Method for Spheroids Obtaining: Impact on Biochemical and Pharmacological Properties of Tumor Spheroid Models Visualized by FLIM. 3rd School on ADFLIM, Saratov State University, Saratov, September  24-28, 2018 http://www.adflim.org/ abstracts_proceedings.html

21.  Gavshina A.V., Solovyev I.D., Savitsky A.P. Oligomerization state of V127T SAASoti fluorescent protein at high concentrations. 3rd School on ADFLIM, Saratov State University, Saratov, September  24-28, 2018        http://www.adflim.org/ abstracts_proceedings.html

22.  Tuchina, DK,  Sindeeva, OA,  Savitsky, AP, Bogdanov, AAJr., Tuchin VV.  MRI contrast media as optical clearing agents: perspectives for tissue multimodal imaging International Conference on Laser Applications in Life Sciences (LALS) 18 – 20 Nov. 2018 Bar-Ilan Univ., Ramat-Gan  Israel.     Nov 19, 2019

23.  Zhang, S., Zheng, S., Ding, L., Gupta, S., Fitzgerald, TJ, Bogdanov, AAJr.  In vivo tracking of nucleic acid gold nanoparticle theranostic compositions by near-infrared fluorescence imaging.  Abstract GA518. World Molecular Imaging Congress, Montreal CA, September 4-7, 2019.