Лаборатория химии липидов
Отдел химической биологии гликанов и липидов
Руководитель: Водовозова Елена Львовна, д. х. н.
Elvod@ibch.ru,
Лаборатория изучает взаимосвязь между структурой и функцией липидов – основного компонента клеточной мембраны. В результате исследований сотрудники получают липидные конъюгаты с биологически активными молекулами (в том числе с лекарствами), поверхностно активные вещества, липиды, несущие репортерные группировки (липидные зонды – уникальные инструменты для исследователей) и др.
Разрабатываются эффективные схемы синтеза флуоресцентных и фотоаффинных липидных зондов, спроектированных с учетом свойств липидных мембран. В настоящее время создаются передовые системы доставки лекарств для наномедицины.
Лаборатория оснащена всем необходимым для анализа (ВЭЖХ и ГЖХ) и химического синтеза липидов (включая редкие установки для окисления синглетным кислородом и озонирования).
В области синтеза, выделения и очистки, изучения, а главное – применения полученных липидных субстанций Лаборатория сотрудничает с другими лабораториями ИБХ РАН, а также с Московским технологическим университетом (МИТХТ), МГУ, РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Саратовским и Нижегородским университетами, Институтом эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, Институтом глазных болезней им. Гельмгольца, Российским онкологическим научным центром им. Н.Н. Блохина РАМН, Университетом Умео (Швеция), Институтом Хормеля (США), Льежским университетом (Бельгия) и др.
Лаборатория химии липидов была создана в 1963 году, всего через четыре года после основания ИБХ. Возглавил новую Лабораторию Лев Давыдович Бергельсон. Ему удалось провести колоссальную работу по систематизации способов выделения липидов из природных источников, изучению структуры и развитию химического синтеза липидов и их аналогов, а также серьезно продвинуться в области исследования строения и функций биологических мембран, роли липидов в различных патологиях. В 1991 году Лабораторию возглавил Юлиан Георгиевич Молотковский, с тех пор особое развитие получила тематика флуоресцентных липидных зондов. С 2009 года лабораторией руководит Елена Львовна Водовозова, и сейчас основное направление исследований – фармацевтические разработки.
Накопленный за 50 лет опыт – фактически созданная за эти годы научная школа – позволяет сотрудникам лаборатории находить неординарные решения в области липидной химии и успешно справляться со сложными задачами.
- Создание наноразмерных систем направленной доставки лекарств на основе липосом, липофильных пролекарств и липофильных гликоконъюгатов (молекулярных адресов) (рис. 1, 2). Показано, что адресные лекарственные липосомы по противоопухолевому эффекту значительно превосходят исходные лекарства и липосомы, не оснащенные углеводным лигандом (рис. 3).
- Синтез новых флуоресцентных зондов липидной природы, изучение с их помощью строения и функций мембран и закономерностей переноса энергии возбуждения между флуорофорами (рис. 4 и 5).
- Осуществлен синтез природных ненасыщенных жирных кислот на основе стереохимии реакции Виттинга.
- Обнаружены явления дедифференцировки липидного состава органелл раковых клеток (Л.Д. Бергельсон и Э.В. Дятловицкая).
- Исследовано распространение и роль нового класса диольных липидов (Л.Д. Бергельсон и В.А. Вавер).
- Синтезировано и доказано строение бактериальных липоаминокислот, а также проведен синтез ненасыщенного фосфатидилинозита (Л.Д. Бергельсон и Ю.Г. Молотковский).
- Изучены топологии мембран с помощью спектроскопии ЯМР (Л.Д. Бергельсон и Л.И. Барсуков – в сотрудничестве с В.Ф. Быстровым).
- Обнаружены и доказаны строения нового класса бактериальных орнитин-содержащих липидов (Л.Д. Бергельсон и С.Г. Батраков).
- Синтезирована и применена в биологических исследованиях большая гамма флуоресцентных и фотоаффинных липидных зондов (Л.Д. Бергельсон, Ю.Г. Молотковский, Е.Л. Водовозова, И.И. Михалев, И.А. Болдырев).
- Разработана адресная липосомальная доставка в опухоли липид-модифицированных противораковых агентов (Ю.Г. Молотковский, Е.Л. Водовозова, Г.П. Гаенко ― в сотрудничестве с Н.В. Бовиным).
- Показано, что разработанные липосомальные препараты гемосовместимы (Н.Р. Кузнецова, Е.Л. Водовозова – в сотрудничестве с Льежским университетом и Центром наномедицины в Будапеште).
- Показано in vivo (на модели карциномы легких Льюис), что противоопухолевый эффект 100-нм липосом, сконструированных на основе природных фосфолипидов и липофильного пролекарства мелфалана и несущих тетрасахаридный лиганд селектинов сиалил-Льюис Х (SiaLeX), обусловлен специфическим антивасклярным эффектом в ткани опухоли (Е.Л. Водовозова, Н.Р. Кузнецова – в сотрудничестве с Н.В. Бовиным и РОНЦ РАМН).
- Показано (на модели эндотелиальных клеток пупочной вены человека), что SiaLeX-липосомы, нагруженные липофильным пролекарством мелфалана, селективно доставляют лекарство в клетки, активированные фактором некроза опухоли альфа (TNF-α) (А.С. Алексеева, Е.Л. Водовозова – в сотрудничестве с Институтом эпидемиологии и микробиологии).
- Исследованы функции вновь открытого церамид-1-фосфат-переносящего белка (C1P), широко распространенного в клетках тканей млекопитающих с применением набора флуоресцентномеченых фосфо- и гликолипидов. Показано, что C1P модифицирует активность фосфолипазы А2 и тем опосредует биосинтез эйкозаноидов (Ю.Г. Молотковский в сотрудничестве с Институтом Хормеля и др.).
Рис. 1. Структуры липофильных пролекарств и гликоконъюгатов.
Рис. 2. Электронные микрофотографии реплик с поверхностей скола замороженных дисперсий: А, а — липосом c МТХ-DG;Б, б — липосом c Mlph-DG.
Рис. 3. Динамика выживания мышей BLRB с перевитой аденокарциномой молочной железы в различных экспериментальных группах (n=10). Мыши получили в/в инъекции на 3-й и 7-й день после перевивки опухоли. Группы: 1 — мерфалан (сарколизин); 2 — пустые липосомы; 3 — липосомы + пролекарство; 4 — липосомы + пролекарство + конъюгат SiaLeX; 5 — липосомы + конъюгат SiaLeX; контроль — физ. раствор.
Рис. 4. Набор флуоресцентных зондов для исследования свойств мембран на разном расстоянии от поверхности мембраны. Графики на заднем плане — профили параметра порядка набора зондов в бислоях разного состава.
Рис. 5. Структура ганглиозидного зонда BODIPY–FL–C3–GM1 — флуоресцентного маркера рафтов.
Текущие гранты:
РНФ № 14-15-00128 ««Ворота» гематоэнцефалического барьера: механизмы регуляции, их зависимость от состояния организма и возраста, способы коррекции с помощью супрамолекулярных транспортных систем» Соисполнитель-рук. Е.Л. Водовозова, головная организация – Саратовский государственный университет
РФФИ № 15-04-07415-а «Исследование липид-белковых взаимодействий в биологических мембранах и в клетках с помощью флуоресцентных липидных зондов» Рук. Ю.Г. Молотковский.
РФФИ № 16-04-01585-а «Изучение состояния противоопухолевых липосом, несущих в бислое липофильное пролекарство метотрексата, в плазме крови человека » Рук. Е.Л. Водовозова.
РФФИ № 15-33-20523 мол_а_вед «Новые флуоресцентные индикаторы активности и субстратной специфичности различных типов фосфолипазы А2"» Рук. И.А. Болдырев.
РФФИ № 16-34-01237 мол_а «Изучение механизмов проникновения в клетки и внутриклеточного транспорта липосомальных форм липофильного пролекарства метотрексата» Рук. А.С. Алексеева
| Ф.И.О. | Должность | Контакты |
|---|---|---|
| Водовозова Елена Львовна, д. х. н. | рук. подр. | Elvod@ibch.ru, |
| Молотковский Юлиан Георгиевич, д. х. н., профессор | г.н.с. | jgmol@ibch.ru, |
| Болдырев Иван Александрович, к. х. н. | с.н.с. | ivan@lipids.ibch.ru, |
| Гаенко Галина Петровна, к. б. н. | с.н.с. | GPG008@mail.ru, |
| Михалёв Илья Ильич, к. х. н. | с.н.с. | Ilya.Mikhalyov@gmail.com, |
| Вострова Анна Григорьевна, к. х. н. | н.с. | anna.vostrova@gmail.com, |
| Онищенко (Кузнецова) Наталья Ростиславовна, к. х. н. | н.с. | natalia@lipids.ibch.ru, |
| Алексеева Анна Сергеевна | м.н.с. | anna@lipids.ibch.ru, |
| Третьякова Дарья Сергеевна | асп. | daria@lipids.ibch.ru, |
| Волкова Светлана Сергеевна | тех.-лаб. | |
Ранее здесь работали: | ||
| Бергельсон Лев Давыдович, чл.-корр. РАН | рук. подр. | |
| Жукова Галина Ивановна | тех.-лаб. | |
Водовозова Елена Львовна
- Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
- ИБХ РАН, корп. 34, комн. 532
- Тел.:
+7(495)330-66-10 - Эл. почта: Elvod@ibch.ru
Влияние стабилизирующих компонентов в липидном бислое на целостность липосом с липофильным пролекарством в сыворотке крови человека (2018-11-30)
Исследовано влияние ряда амфифильных молекул в липидном бислое на целостность 100-нм-липосом, нагруженных липофильным пролекарством химиотерапевтического препарата мелфалана, в сыворотке крови человека. С помощью флуоресцентных методов показано, что фосфатидилинозит защищает от деградации жидкофазный липидный бислой, сформированный на основе яичного фосфатидилхолина, не менее 4 ч, а ганглиозид GM1 и конъюгат карбоксилированного олигоглицина с фосфатидилэтаноламином – вплоть до 24 ч. В то же время, конъюгат полиэтиленгликоля-2000 с фосфатидилэтаноламином (ПЭГ-липид) способствовал разрушению липосом: происходило вымывание липидов из жидкофазного липидного бислоя, а в случае твердофазной мембраны (гелевая фаза бислоя), содержащей менее 10 мол. % ПЭГ-липида, в ней возникали разрывы (мембрана давала течь). ПЭГ-липид хорошо стабилизировал липидный бислой, находящийся в конденсированной жидкоупорядоченной фазе, то есть содержащий достаточное количество холестерина. Описанные эффекты следует учитывать при использовании липофильных конъюгатов ПЭГ в составе супрамолекулярных систем доставки лекарств, нестабилизированных ковалентными связями, таких как липосомы, липидные наносферы, мицеллы.
Публикации
- (2018). Influence of stabilizing components on the integrity of antitumor liposomes loaded with lipophilic prodrug in the bilayer. Colloids Surf B Biointerfaces 166, 45–53
Новые флуоресцентные зонды для исследования строения и функций мембран (2017-11-27)
С помощью антрилвинил-периленоильной FRET-пары (FRET - Förster resonance energy transfer) фосфолипидных зондов показано, что на поверхности церамид-1-фосфат-переносящего белка существуют регуляторные центры взаимодействий с головными группами фосфоглицеридов в липидной мембране, в отличие от других представителей суперсемейства гликолипид-переносящих белков, специфичных к гликолипидам [1]. С помощью новой BODIPY FRET-пары фосфатидилхолиновых зондов показано, что действие гетеродимерных фосфолипаз А2 из яда гадюки Никольского на отрицательно заряженные липидные бислои приводит к агрегации и стэкингу мембран; это может являться одним из механизмов биологической активности фосфолиазы А2 [2]. Методом FRET между BODIPY-ганглиозидными зондами в сочетании с симуляцией Монте-Карло показано, что в модельных мембранах, имитирующих плазмалемму, образуются сфингомиелин-холестериновые 10-нм-домены (рафты) с жидкокристаллической неупорядоченной фазой [3].
Публикации
- (2017). Heterodimeric V. nikolskii phospholipases A2 induce aggregation of the lipid bilayer. Toxicon 133, 169–179
- (2017). Phosphatidylserine stimulates ceramide 1-phosphate (C1P) intermembrane transfer by C1P transfer proteins. J Biol Chem 292 (6), 2531–2541
- (2017). Lipid Driven Nanodomains in Giant Lipid Vesicles are Fluid and Disordered. Sci Rep 7 (1), 5460
Липосомы с липофильным пролекарством метотрексата: взаимодействия с опухолевыми клетками и исследования in vivo (2017-11-27)
Ранее нами разработаны 100-нм-липосомы, несущие в липидном бислое широко используемый цитостатический агент метотрексат (МТХ) в виде диглицеридного эфира (MTX-DG, липофильное пролекарство). В данной работе изучены взаимодействия MTX-DG-липосом с опухолевыми клетками мыши и человека с помощью флуоресцентных методов. Липосомы содержали флуоресцентные аналоги фосфатидилхолина и MTX-DG. Клетки карциномы накапливали в 5 раз больше MTX-DG-липосом, чем липосом без пролекарства. С помощью ингибиторов эндоцитоза показано, что липосомы доставляют MTX-DG в клетку посредством нескольких механизмов. После связывания с клеткой липосомы остаются интактными 1.5-2 ч, затем сливаются с клеточной мембраной, и далее компоненты липосом раздельно интернализуются клеткой. По данным анализа содержания МТХ в плазме крови мышей в зависимости от времени, после i.v. введения MTX-DG-липосом величина AUC (площадь под кривой) для МТХ, метаболизировавшего из MTX-DG-липосом, превысила в 2.5 раза этот параметр, полученный после введения интактного МТХ. Результаты свидетельствуют о преимуществах применения липосомальной формы для лечения системных проявлений гематологических злокачественных заболеваний. Введение MTX-DG-липосом мышам с перевитой Т-клеточной лейкемической лимфомой в щадящем режиме (4 i.v. в низко-средней дозе) показало уменьшение токсичности и усиление ингибирования роста лимфомы по сравнению с МТХ.
Публикации
- (2017). Liposomal formulation of a methotrexate lipophilic prodrug: Assessment in tumor cells and mouse T-cell leukemic lymphoma. Int J Nanomedicine 12, 3735–3749
Взаимодействие противоопухолевых липосом, несущих углеводный лиганд селектинов, с эндотелиальными клетками сосудов крови (2016-03-29)
Исследован механизм взаимодействия 100-нанометровых липосом, полученных из природных фосфолипидов и липофильного пролекарства мелфалана и оснащенных углеводным лигандом селектинов сиалил Льюис Х (SiaLeX), с эндотелиальными клетками сосудов крови. Установлено, что SiaLeХ-липосомы селективно связываются и быстро поглощаются клетками, активированными фактором некроза опухоли альфa (TNFα). Процесс сопровождается дестабилизацией мембраны липосом — первым этапом высвобождения пролекарства. Напротив, неактивированные клетки связывают лишь незначительное количество SiaLeX-липосом, причем липосомы остаются интактными длительное время (не менее 90 мин).
Публикации
- (2015). Interactions of antitumour Sialyl Lewis X liposomes with vascular endothelial cells. BIOCHIM BIOPHYS ACTA 1848 (5), 1099–1110