Biomedical Chemistry - Research and Methods (E-Journal)
Not a member yet
181 research outputs found
Sort by
Метаболическое профилирование интерстициальной жидкости гиппокампа мышей линии 5xFAD после когнитивной нагрузки: пилотное исследование
Get PDFAlzheimer`s disease (AD) is increasingly viewed as a condition associated with disruptions in brain energy metabolism, contributing to synaptic and cognitive impairments. While metabolic disturbances in AD are well characterized under resting conditions, much less is known about the hippocampal response to cognitive stimulation that requires high metabolic flexibility. In this pilot study, using in vivo microdialysis and highresolution NMR spectroscopy, we analyzed the metabolic profile of interstitial fluid in the hippocampus of 5xFAD transgenic mice and control C57BL/6 animals on days 7 and 28 following cognitive training in a conditioned passive avoidance paradigm. Among the metabolites examined, significant differences were found for acetone: in 5xFAD animals on day 28, its concentration was markedly lower compared to controls, indicating a limited ability to maintain ketone metabolism in the delayed post-training period. Other metabolites (acetate, lactate, caprate, isobutyrate, and glycine) did not show significant differences between groups; however, the observed changes may indicate shifts in the utilization of alternative energy substrates. These data suggest reduced hippocampal metabolic plasticity in transgenic animals, particularly in the late phase following cognitive stimulation, which could potentially limit long-term cognitive adaptation. Despite the limitations of this pilot study, the results highlight the potential of an approach combining metabolic profiling in vivo for the early detection of metabolic disturbances and the search for potential biomarkers of neurodegenerative processes in AD.Болезнь Альцгеймера (БА) всё чаще рассматривают как нейродегенеративное заболевание, связанное с нарушением энергетического метаболизма мозга, что способствует развитию синаптических и когнитивных дисфункций. Хотя особенности метаболических нарушений при БА хорошо охарактеризованы в состоянии покоя, значительно меньше известно о реакции гиппокампа на когнитивную стимуляцию, требующую высокой метаболической гибкости. В настоящем пилотном исследовании с использованием методов in vivo микродиализа и высокоразрешающей ЯМР-спектроскопии проведён анализ метаболического профиля интерстициальной жидкости гиппокампа у трансгенных мышей линии 5xFAD и животных дикого типа (C57BL/6) на 7 и 28 сутки после когнитивного обучения в парадигме условно-пассивного избегания. Среди исследованных метаболитов статистически достоверные различия между группами выявлены только для ацетона: у животных линии 5xFAD на 28 сутки его концентрация была значительно ниже по сравнению с контролем, что может отражать ограниченную способность к поддержанию кетонового метаболизма в отсроченный постнагрузочный период. Другие метаболиты (ацетат, лактат, капрат, изобутират и глицин) не продемонстрировали значимых межгрупповых различий, однако наблюдавшиеся изменения могут указывать на сдвиги в использовании альтернативных энергетических субстратов. Полученные данные свидетельствуют о снижении метаболической пластичности гиппокампа у трансгенных животных, особенно в поздней фазе после когнитивной стимуляции, что потенциально может ограничивать долговременную когнитивную адаптацию. Несмотря на ограничения пилотного исследования, результаты подчёркивают информативность подхода, сочетающего метаболическое профилирование in vivo, для раннего выявления метаболических нарушений и поиска потенциальных биомаркеров нейродегенеративных процессов при БА
Сравнение эффективности созревания дендритных клеток при их стимуляции бактериальным липополисахаридом или фактором некроза опухолей альфа
Get PDFDendritic cells (DCs) are the professional antigen-presenting cells capable of presenting antigens to T-lymphocytes, thereby initiating the primary immune response. The unique immunological properties of this cell population make their use as a cellular vaccine relevant for the treatment of oncological and chronic infectious diseases. A critical stage in obtaining DCs with immunostimulatory properties is their maturation. To compare the effectiveness of alternative methods for stimulating maturation, DCs were obtained in vitro from peripheral blood monocytes through their induced differentiation in the presence of the cytokines GM-CSF and IL-4. As biochemical stimuli for inducing maturation, bacterial lipopolysaccharide (LPS) or tumor necrosis factor alpha combined with prostaglandin E2 (TNFα+PGE2) were used. No significant differences were found in the ability of these factors to stimulate the expression of HLA-DR and costimulatory molecules (CD80, CD83, CD86). The use of alternative maturations did not lead to differences in the ability of DCs to stimulate the proliferation of allogeneic lymphocytes. At the same time, there were morphological signs indicating the ability of LPS to stimulate differentiation into macrophages.Дендритные клетки – основные антиген-презентирующие клетки, способные представлять антиген T-лимфоцитам, инициируя тем самым первичный иммунный ответ. Уникальные иммунологические свойства этой клеточной популяции делают актуальным их использование в качестве клеточной вакцины для лечения онкологических и хронических инфекционных заболеваний. Критическим этапом для получения дендритных клеток с иммуностимулирующими свойствами является процесс их созревания. Для сравнения эффективности альтернативных способов стимуляции созревания дендритные клетки были получены in vitro из моноцитов периферической крови путем их индуцированной дифференцировки в присутствии цитокинов GM-CSF и IL-4. В качестве биохимических стимулов для индукции созревания были использованы бактериальный липополисахарид (LPS) или фактор некроза опухолей альфа с простагландином Е2 (TNFα+PGE2). Использование альтернативных способов индукции созревания не вызывало значимых различий в стимуляции экспрессии HLA-DR и костимулирующих молекул (CD80, CD83, CD86) и не приводило к различиям в способности дендритных клеток стимулировать пролиферацию аллогенных лимфоцитов. В то же время были обнаружены морфологические признаки способности LPS стимулировать дифференцировку в макрофаги
Металлорганические каркасные структуры в современных исследованиях: медицина, диагностика, экология
Get PDFThe review presents modern technological developments of means to indicate viruses and toxins using new nanomaterials based on frame structures. The synthesis and functionalization of metal-organic compounds of a frame structure (MOCs) and covalent organic frameworks (COF) are considered as well as the latest achievements in biomedical fields, including the delivery of drugs, nucleic acids, proteins and dyes for cancer therapy, bioimaging, antimicrobial drugs, biosensors and biocatalysis. New trends and promising areas in the development of biomedical materials based on MOC/COF are discussed. Data on the application of new biotechnological products based on simeconductor nanocrystals (quantum dots) and their composites as part of MOCs in solving the problems of modern disease diagnostics that play a strategic role in the development of nanotechnology, biotechnology and nanomedicine are presented. Issues related to the recognition of biomolecules using hybrid MOC/COF structures are discussed. The use of QD nanocomposites with other carbon-based, grapheme-based or MOC-based nanomaterials resulted in the development of new systems for bioimaging, drug delivery, optogenetics and theranostics. Undoubtedly, the rapidly accumulating data on the behavior of QD/MOC in analytical systems in vitro will increase knowledge for the advancement of QD nanotechnology in research in vivo and clinical application.В обзоре представлены современные технологические разработки средств индикации вирусов и токсинов с применением новых наноматериалов на основе каркасных структур. Рассмотрены синтез и функционализация металлорганических соединений рамочной структуры (МОК) и ковалентных органических каркасов (СОF), а также последние достижения в биомедицинских областях, включая доставку грузов (лекарств, нуклеиновых кислот, белков и красителей) для терапии рака, биовизуализации, противомикробных препаратов, биосенсорики и биокатализа. Обсуждены новые тенденции и перспективные направления в развитии биомедицинских материалов на основе MOК/СОF. Представлены данные по применению новых биотехнологических направлений на основе полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек, КТ) и их композитов в составе МОК в решении задач современной диагностики заболеваний, играющих стратегическую роль в развитии нанотехнологии, биотехнологии и наномедицины. Обсуждаются вопросы, связанные с распознавание биомолекул с использованием гибридных наноструктур МОК/СОF, биосенсоры и иммунотерапию. Использование нанокомпозитов КТ с другими наноматериалами на основе углерода, графена или МОК позволило разработать новые системы для биовизуализации, терапевтической доставки, оптогенетики и тераностики. Несомненно, быстро накапливаемые данные о поведении КТ/МОК в аналитических системах in vitro будут способствовать приумножению знаний для продвижения КТ-нанотехнологий в исследованиях in vivo и в клинику
Некоторые способы управления деградацией биомедицинских имплантируемых композиций на основе коллагена и гиалуроновой кислоты
Get PDFThe review considers modern approaches to modifying the in vitro degradation kinetics of implantable matrices based on collagen and hyaluronic acid. It includes data presented in 24 of approximately one hundred articles on similar topics found. Special attention is paid to the effect of polymer additives in collagen- and hyaluronic acid-based materials on their degradation rates in hydrolytic and enzymatic environments. The mechanisms of interaction of components and the impact of their structure on degradation processes are described. Approaches to the development of implantable medical devices based on biopolymers with controlled degradation and biocompatibility properties are proposed.Рассмотрены современные подходы к модификации кинетики деградации in vitro имплантируемых матриксов на основе коллагена и гиалуроновой кислоты. Из примерно ста найденных статей по схожей тематике в данном обзоре были проанализированы 24 работы. Произведена оценка влияния полимерных добавок в составе материалов на основе коллагена и гиалуроновой кислоты на скорость их деградации в гидролитической и ферментативной среде. Описаны механизмы взаимодействия компонентов и влияния их структуры на процессы деградации. Предложены подходы к разработке имплантируемых изделий медицинского назначения на основе биополимеров с контролируемыми свойствами деградации и биосовместимости
Конструирование высокоспецифичных структурных фрагментов для фильтрации соединений с нежелательной активностью
Get PDFThe design of chemical compounds with desired properties is a key approach in medicinal chemistry for drug development. Modifying structural formulas it is possible to reduce undesirable biological activities exhibited by the substance under study. Various in silico methods are widely used to predict the types of activity in designed molecules, thereby reducing both the financial and time costs associated with experimental screening of potentially unsafe substances. However, the performance of many computer-based assessment algorithms depends on well-balanced training datasets containing a sufficient number of both positive and negative examples (information on the structural formulas of compounds that do and do not exhibit the desired type of activity). When standard predictive approaches are not applicable, an alternative strategy involves assessing the presence or absence of structural fragments associated with specific biological effects. To support this approach, we have developed a method that estimates the contribution of individual atoms to a given biological activity, taking into account their local structural environment. The applicability of this method to practical drug discovery tasks was demonstrated by analyzing molecular targets linked to a broad range of adverse drug reactions. Moreover, comparison of the constructed fragments with known structural motifs responsible for molecular target binding confirms the robustness of our method and highlights its potential for identifying functionally relevant structural regions in compounds that interact with molecular targets lacking resolved three-dimensional structures.Одним из основных направлений, используемых в медицинской химии для разработки лекарственных средств, является конструирование химических соединений с заданными свойствами. Изменение структурной формулы может быть использовано и для уменьшения количества нежелательных видов биологической активности, которые проявляет разрабатываемое вещество. Для оценки проявляемых видов активности сконструированной структуры широко используются различные in silico подходы, которые позволяют уменьшать финансовые и временные затраты на исследование потенциально небезопасных веществ. Однако применение многих алгоритмов компьютерной оценки требует наличия сбалансированных обучающих выборок, содержащих достаточное количество отрицательных и положительных примеров, т.е. информации о структурных формулах веществ, не обладающих и обладающих требуемым видом активности. В случае невозможности использования стандартных прогностических подходов методом выбора может стать оценка наличия/отсутствия структурного фрагмента, ассоциированного с конкретным биологическим эффектом. Для конструирования таких фрагментов мы разработали метод, основанный на оценке вклада отдельных атомов с учетом их ближайшего окружения в проявление конкретного вида биологической активности. Применимость разработанного метода в решении практических задач, возникающих в ходе поиска новых лекарственных средств, была продемонстрирована с использованием информации о молекулярных мишенях, ассоциированных с развитием широкого спектра нежелательных лекарственных реакций. Дополнительное сравнение cформированных фрагментов с известными данными об участках структур молекул, ответственных за связывание с молекулярными мишенями, не только подтверждает надежность нашего метода, но и указывает на то, что он может быть использован для определения функционально важных структурных участков соединений, взаимодействующих с молекулярными мишенями без разрешенной трехмерной структуры
MetaPASS 2024: анализ вероятных спектров биологической активности лекарственно-подобных органических соединений с учетом их биотрансформации
Get PDFIn the human body, pharmacological substances undergo biotransformation, therefore, during drugs development, it is necessary to take into account the biological activity spectra of their metabolites. Previously, we created the MetaPASS web application to analyze the probable spectra of biological activity of drug-like organic compounds taking into account their metabolism. Here we describe a new version of MetaPASS 2024 (https://www.way2drug.com/metapass), containing increased number of known metabolic pathways, and added procedures for searching structural similarity based on MNA and QNA descriptors and searching for compounds with the highest probability estimate for target biological activity; we have also implemented representation of the spectrum of biological activity in the form of treemaps.В организме человека фармакологические вещества подвергаются биотрансформации, поэтому при исследованиях и разработке лекарств необходимо учитывать спектры биологической активности их метаболитов. Ранее нами было создано веб-приложение MetaPASS для анализа вероятных спектров биологической активности лекарственно-подобных органических соединений с учетом их метаболизма. В данной работе приведено описание новой версии MetaPASS 2024 (https://www.way2drug.com/metapass), в которой увеличено количество известных схем метаболизма, добавлены процедуры поиска по структурному сходству на основе дескрипторов MNA и QNA и поиска соединений с наибольшей оценкой вероятности проявления целевой биологической активности, а также реализовано представление спектра биологической активности в виде цветовых карт
Влияние глубины секвенирования на количество вариантов сплайсинга транскриптов, выявленное с помощью нанопорового секвенатора MinION
No full textAlternative splicing (AS) of a precursor mRNA is a fundamental regulatory process implicated in physiology and pathology. The long-read RNA sequencing with a nanopore sequencer such as ONT MinION allows for direct AS profiling. In this study the impact of sequencing depth on the number of transcribed genes and the overall number of transcripts (splice variants), revealed by MinION-based sequencing, has been investigated. This is of importance in AS profiling for the issue of comparability for biospecimens analyzed in different MinION runs. The sequencing depth was described in terms of the output of high-quality mapped reads produced by a MinION sequencer. The human liver tissue samples and hepatocytederived cell lines HepG2 and Huh7 were employed as model objects. It has been found that the yield of detected genes and transcripts substantially depends on the sequencing depth. While the number of transcribed genes levelled off at about 12 thousand when the reads output exceeded 1.2 million, the number of revealed transcripts steadily increased up to about 20 thousand splice variants at the highest reads output of 2.3 million, achieved in the study. At that reads output, the ratio of the number of revealed transcripts to that of genes was slightly below 1.7. The yield of more than 2.3 million high-quality mapped reads would be required in the MinION-based nanopore sequencing to approach the level of 1.8 transcripts (splice variants) per gene, expected from the known numbers of annotated genes and transcripts for human genome. The sequencing data used were produced for human liver tissue and hepatocyte-derived cells and it is still to be seen whether the findings are general and valid for other types of cells and tissues.Альтернативный сплайсинг (АС) первичной мРНК является фундаментальным регуляторным процессом, связанным с физиологией и патологией. Секвенирование РНК длинными прочтениями с использованием нанопорового секвенатора, такого как ONT MinION, позволяет проводить прямое профилирование АС. В настоящей работе было исследовано влияние глубины секвенирования на количество транскрибируемых генов и общее количество вариантов транскриптов (вариантов сплайсинга), выявляемых с помощью секвенирования с использованием MinION. Это важно для профилирования АС с точки зрения сопоставимости данных, полученных для разных биообразцов в отдельных секвенированиях. Глубина секвенирования выражалась как количество картированных «прочтений», полученных в каждом секвенировании с использованием секвенатора MinION. В качестве модельных объектов были использованы образцы ткани печени человека и клеточные линии гепатоцитарного происхождения HepG2 и Huh7. Было обнаружено, что количество обнаруженных генов и транскриптов существенно зависит от глубины секвенирования. В то время как количество детектируемых генов достигало плато на уровне примерно 12 тысяч, когда количество «прочтений» превышало 1.2 миллиона, количество выявленных транскриптов неуклонно росло до примерно 20 тысяч сплайс-вариантов при самом высоком показателе в 2.3 миллиона «прочтений», достигнутом в ходе исследования. При данном количестве «простений» отношение числа выявленных транскриптов к числу генов было немного ниже 1.7. Для достижения уровня в 1.8 транскриптов (вариантов сплайсинга) на ген, ожидаемого из известного количества аннотированных генов и транскриптов для генома человека, при проведении секвенирования с использованием MinION потребуется получение более 2.3 миллионов высококачественных картированных «прочтений». Данные секвенирования, использованные в исследовании, были получены для гепатоцитов и клеток гепатоцитарного происхождения и для их обобщения потребуется анализ данных нанопорового секвенирования для других типов клеток и тканей
Моделирование гематоэнцефалического барьера с использованием культур клеток мозга крысы
Get PDFPermeability of the blood-brain barrier (BBB) represents a significant problem for most promising drugs used for treating brain diseases due to its high selectivity. The neurovascular unit, which includes neurons, interneurons, astrocytes, the basal membrane, smooth muscle cells, pericytes, endothelial cells, and the extracellular matrix, forms an anatomically and functionally cohesive structure that ensures effective regulation of cerebral blood flow. In vitro modeling of the BBB is a relevant and practically significant task for studying the penetration of therapeutic agents into the brain. This study presents a BBB model consisting of endothelial cells, pericytes, and astrocytes, which partially mimics the in vivo layers of the BBB. Despite some limitations, such as incomplete matching of astrocyte location, the model demonstrates high expression of tight junction proteins and optimal TEER values of the endothelial cell monolayer, making it suitable for studying the permeability of the BBB to various substances, including drugs and nanoparticles.Проницаемость гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) для большинства перспективных лекарственных препаратов, предназначенных для лечения заболеваний головного мозга, является серьезным препятствием из-за его высокой селективности. Нейроваскулярная единица, включающая нейроны, интернейроны, астроциты, базальную мембрану, гладкомышечные клетки, перициты, эндотелиоциты и внеклеточный матрикс, формирует анатомически и функционально целостную структуру, обеспечивающую эффективную регуляцию церебрального кровотока. Моделирование ГЭБ in vitro – актуальная задача, имеющая высокую практическую значимость для изучения проникновения терапевтических агентов в мозг. В данной работе представлена модель ГЭБ, состоящая из эндотелиоцитов, перицитов и астроцитов, которая в определенной степени имитирует in vivo слои ГЭБ. Несмотря на некоторые ограничения, такие как неполное соответствие расположения астроцитов, модель демонстрирует высокую экспрессию белков плотных контактов и оптимальные значения TEER монослоя эндотелиоцитов, что делает её пригодной для исследования проницаемости ГЭБ для различных веществ, включая лекарственные препараты и наночастицы
Гетерологичная экспрессия генов рекомбинантных L-аспарагиназ
Get PDFL-asparaginase (EC 3.5.1.1.) is the enzyme with the highest level of global production and is used in the treatment of cancer and in the food industry. Different expression systems are used for the production of many target proteins, ranging from cell-free to hyperproductive plant, insect, bacterial and mammalian cells. This review attempts to bring together the available literature data on heterologous gene expression and technology for the production of recombinant L-asparaginases.L-аспарагиназa (КФ 3.5.1.1.) — фермент с самым высоким уровнем мирового производства, используемый при лечении онкологических заболеваний, а также в пищевой промышленности. Для производства многих целевых белков используются различные системы экспрессии – от бесклеточных до гиперпродуктивных клеток растений, насекомых, бактерий и млекопитающих. В данном обзоре предпринята попытка обобщить общирные данные по экспрессии гетерологичных генов и технологии производства рекомбинантных L-аспарагиназ
Подбор субстрата для щелочной фосфатазы на основе ферментативной кинетики и электрохимических характеристик печатных углеродных электродов для применения в иммуноферментных биосенсорах
Get PDFIn this study, a substantiated selection of a substrate for further use in electrochemical enzyme immunoassay is carried out based on the parameters describing the enzymatic kinetics and the electrochemical characteristics of the products of electroenzymatic reactions. Data from an analysis of the electrochemical characteristics of screen-printed graphite electrodes (SPE) using various surface pretreatments are presented. Using SPE pretreatment in sulfuric acid, it was possible to achieve a significant decrease in the background current and lower the detection limit of 1-naphthol, which is a product of the enzymatic reaction catalyzed by alkaline phosphatase, to 0.73 μM in the differential pulse voltammetry (DPV) mode and to 0.09 μM in the chronoamperometry (CA) mode without the use of additional catalysts. The selected substrate and pretreatment were used in a quantitative electrochemical enzyme-linked assay for the determination of procalcitonin (PCT). The sensitivity coefficient and detection limit were 109 nA×mL/mg and 0.8 ng/mL, respectively.Проведен обоснованный выбор субстрата для дальнейшего применения в электрохимическом ферментном иммуноанализе на основе параметров, описывающих ферментативную кинетику, и электрохимических характеристик продуктов электроферментативных реакций. Приведены данные анализа электрохимических характеристик печатных графитовых электродов (ПГЭ) с применением различных предобработок поверхности. С использованием предобработки ПГЭ в серной кислоте удалось добиться значительного снижения фонового тока и снизить предел обнаружения 1-нафтола (продукта ферментативной реакции, катализируемой щелочной фосфатазой) до 0.73 мкМ в режиме дифференциально-импульсной вольтамперометрии (ДИВА) и до 0.09 мкМ в режиме хроноамперометрии (ХА) без применения дополнительных катализаторов. Выбранные субстрат и предобработка применены в количественном иммуноферментном анализе для определения прокальцитонина. Коэффициент чувствительности и предел обнаружения составили 109 нА×мл/мг и 0.8 нг/мл соответственно