КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-25-20111

НазваниеИсследование потенциала ДНК-аптамеров против DKK1 и склеростина в качестве перспективных таргетных средств для терапии остеопороза на модели in vitro

Руководитель Омельченко Виталий Олегович, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл

Конкурс №90 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-228 - Ревматология

Ключевые слова Остеопороз, остеобласты, остеокласты, WNT путь, аптамеры, Dickkopf-1, склеростин, таргетное ингибирование

Код ГРНТИ76.29.40


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение актуальной проблемы – создание новых таргетных терапевтических агентов для лечения остеопороза через воздействие на Wnt-путь с использованием высокоспецифичных синтетических биомолекул. Остеопороз (ОП) - заболевание скелета, характеризующееся высоким риском переломов при минимальной травме по причине снижения костной массы, нарушения микроархитектоники, минерализации костной ткани и прочности кости. Заболевание имеет острую социальную и медицинскую актуальность по причине частого формирования длительной нетрудоспособности, осложнений, связанных с переломами конечностей и позвоночника, высоких затрат на лечение. В России остеопорозом страдают около 16 млн. человек. Распространенность ОП высока и достигает 34% женщин и 27% мужчин у лиц в возрасте 50 лет и старше. Эпидемиологическая оценка распространенности остеопороза в Новосибирской области свидетельствует о том, что данным заболеванием  страдают около 120 тыс. жителей. Не менее 10 тыс. человек имеют высокий риск низкоэнергетических клинически значимых переломов. Набор препаратов для терапии ОП ограничен, и зачастую пациенты имеют те или иные ограничения к их назначению. Имеющиеся лекарственные препараты воздействуют на разные звенья патогенеза и могут осуществлять преимущественно антирезорбтивный (бисфосфонаты, деносумаб, кальцитонин, ралоксифен) за счет воздействия на остеокласты или анаболический эффект (терипаратид и абалопаратид - аналоги паратиреоидного гормона) за счет усиления костеобразования. Помимо доказанного лечебного эффекта данные препараты имеют и отрицательные стороны, ограничивающие их применение, что обусловливает важность поиска новых терапевтически возможностей в лечении остеопороза. Доказана ведущая роль Wnt-пути в процессе ремоделирования кости. Инактивация ингибиторов Wnt-пути – склеростина и DKK1 – приводит к увеличению костной массы, плотности кости, что позволяет рассматривать этот механизм как мишень для таргетного воздействия. Однако до настоящего времени был одобрен для применения лишь один таргетный препарат на основе моноклонального антитела - ингибитор склеростина. Перспективной альтернативой использованию моноклональных антител является создание терапевтических аптамеров, которое в настоящее время является динамично развивающимся направлением в области разработки таргетных терапевтических средств. По аффинности и специфичности связывания аптамеры являются ближайшими аналогами моноклональных антител, при этом они обладают широким спектром уникальных преимуществ. В последние годы в мире наметилась тенденция к исследованию аптамеров применительно к воспалительным заболеваниям и патологиям костной ткани. Это подчеркивает актуальность тематики данного проекта. Конкретной задачей проекта является исследование потенциала ДНК-аптамеров в качестве таргетных ингибиторов белков Dickkopf-1 и склеростина, участвующих в патогенезе остеопороза. Для решения данной задачи запланирован комплекс исследований: постановка и характеризация модельной клеточной системы, представленной остеобластами и остеокластами человека – основными регуляторами состояния костной ткани, получение ДНК-аптамеров, подтверждение их способности связываться с белками-мишенями и исследование их влияния на функциональную активность модельных клеток. Полученные результаты создадут основу для дальнейшей разработки таргетных синтетических препаратов на основе аптамеров, подавляющих ингибиторы Wnt-пути. Проект нацелен на развитие тематики, новой не только для научного коллектива, но и для направления в целом. Команда проекта объединяет специалистов в области ревматологии и патологий костной ткани, клеточной биологии, экспериментальной фармакологии и химии нуклеиновых кислот. Участники коллектива обладают опытом работы с культурами остеобластов и остеокластов, опытом работы с синтетическими ДНК-аптамерами и исследования их свойств, что говорит о высокой вероятности успешного выполнения проекта и получения ожидаемых результатов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект посвящен разработке новых таргетных терапевтических агентов для лечения остеопороза через воздействие на Wnt-путь с использованием высокоспецифичных синтетических биомолекул. В 2024 году нами было выполнено получение культуры остеокластов. После 14 дней дифференцировки остеокласты экспрессировали специфические маркеры MMP9, Катепсин K. Кроме того, в клетках визуализировались фаллоидиновые кольца и отмечалась многоядерность клеток, что характерно для остеокластов. Определен базовый уровень DKK-1 в остеобластах и остеокластах. Показано, что добавление ФНО к остеобластам не оказывает значимого влияния на уровень DKK1, при этом в остеокластах приводит к повышению концентрации DKK-1. Установлено, что аптамеры не обладают цитотоксичностью в отношении остеобластов. Изучена пролиферативная активность клеток под влиянием аптамеров. Добавление нефункционального олигонуклеотида (ds-ctr) и аптамера к DKK-1 (Dk4_41t) в концентрации 500нМ и 62,5нМ увеличивало пролиферацию остеобластов по сравнению с контролем. В отношении остеокластов ни один из аптамеров не вызвал потери жизнеспособности остеокластов. Получены аптамеры к DKK-1 (TD10-m и DK4_41t), склеростину (scl2-1 и scl2-2) и их конъюгаты с биотином. Показана способность аптамеров TD10-m и DK4_41t связывать DKK-1 и способность аптамеров scl2-1 и scl2-2 связывать склеростин. Определены константы взаимодействия, которые говорят о высоком сродстве данных аптамеров к их мишеням. Таким образом, мы определили базовый и стимулированный уровень продукции DKK-1 в остеобластах, остеокластах. Синтезировали по 2 различных аптамера для связывания антагонистов Wnt-пути человеческого склеростина и DKK-1, и провели ряд селективных химических модификаций, направленных на повышение их аффинности и нуклеазной устойчивости. Анализ цитотоксичности на культурах клеток остеобластов и остеокластов показал, что изученные аптамеры не влияют на жизнеспособность обоих типов клеток. Исходя из этих результатов, аптамеры являются перспективными для дальнейшего изучения их таргетных взаимодействий с ингибиторами Wnt-пути. Информация о проводимом исследовании опубликована в СМИ (https://otstv.ru/video/programs/novosti-ots/223743/?ysclid=m3grdyblvq395354942). Результаты доложены на конференции 2024 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON).

 

Публикации

1. Бондаренко Н.А., Слажнева Н.А., Воробьева М.А., Кропачева Н.О., Королев М.А., Омельченко В.О. An Influence of Anti-Sclerostin Oligonucleotide Aptamers on Viability and Proliferation of Osteoblasts and Osteoclasts in vitro IEEE, 2024 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), Novosibirsk, Russian Federation, 2024, pp. 127-130, doi: 10.1109/SIBIRCON63777.2024.10758523. (год публикации - 2024)
10.1109/SIBIRCON63777.2024.10758523

2. Слажнева Н.А., Бондаренко Н.А., Воробьева М.А., Шатунова Е.А., Коваль В.В., Омельченко В.О. OLIGONUCLEOTIDE APTAMERS TO WNT PATHWAY ANTAGONISTS DICKKOPF-1 AND SCLEROSTIN AS PROMISING TARGET AGENTS FOR THE TREATMENT OF OSTEOPOROSIS XII Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов, молекулярных биологов и специалистов фундаментальной медицины — 2025 : сб. тез., XII Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов, молекулярных биологов и специалистов фундаментальной медицины — 2025 : сб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово». — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2025. Стр.722-723. (год публикации - 2025)
10.25205/978-5-4437-1843-9-363

3. Омельченко В.О., Коваль В.В., Слажнева Н.А., Бондаренко Н.А., Шатунова Е.А., Воробьева М.А., Королев М.А. Modern Strategies for Osteoporosis Therapy: Current Status and Prospects for Targeted Intervention International Journal of Molecular Sciences, Omelchenko, V.; Koval, V.; Slazhneva, N.; Bondarenko, N.; Shatunova, E.; Vorobyeva, M.; Korolev, M. Modern Strategies for Osteoporosis Therapy: Current Status and Prospects for Targeted Intervention. Int. J. Mol. Sci. 2025, 26, 11092. https://doi.org/10.3390/ijms262211092 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms262211092