Программа курса - Кафедра физиологии человека и животных МГУ

ПРОГРАММА КУРСА
Введение в курс: актуальные проблемы и перспективные методы физиологии XXI века.
Д. Нобл и международный проект «ФИЗИОМ». Программа «Человек и окружающая
среда: физиолого-экологические аспекты». Нейронауки в XXI веке: приоритет
когнитивных нейронаук, перспективы разработок формальных нейросетей.
Методы физиологии XXI века: биотехнологии, нанотехнологии, клонирование и
нокаут, томография, микрофлуоресцентные, оптогенетические и другие методы на службе
физиологии.
Проблема регенерации нервной ткани. Стволовые клетки мозга.
Нейрогенез и его стадии: остановка деления нейробластов и ее механизмы (роль
морфогенетических белков кости). Способность к регенерации отростков периферических
и центральных нейронов. Определение «стволовых клеток». Гемопоэтические и
стромальные стволовые клетки костного мозга. Д. Томпсон и Д. Герхард (1998 г.) открытие эмбриональных стволовых клеток и их характеристика. Стволовые клетки
мозга: численность, локализация в гиппокампе и др. областях, «спящее состояние».
Стимуляторы нейрогенеза в зрелом мозге (Институт Солка, США, 2010 г.). Лечение
рассеянного склероза, ишемии конечностей с помощью стволовых клеток.
Новые аспекты физиологии стресса: основные стадии стресса, специфика хронического
стресса. Пренатальный стресс и его последствия: спектр функциональных сдвигов у
первого и последующих поколений (нарушения пептидной регуляции, половой
дифференцировки («феминизация» потомства), нарушения нейрогенеза структур старой
коры и др. Новые подходы к коррекции пренатального стресса.
Нейровоспаление при стрессе: иммунная реакция мозга при хроническом стрессе. Роль
микроглии: пирамида цитокинов микроглии.
Проблема старения организма. Клеточная смерть и механизмы долголетия:
современные концепции долголетия и перспективы данного направления. Теория
ограниченного числа делений соматических клеток как причина старения и смерти,
«лимит Хейфлика». Теломерная и хрономерная теории М. Оловникова. Обри ди Грей: 7
типов повреждений, происходящих при старении клеток. Теория апоптоза и накопления
супероксидов как причина старения клеток. Новое о способах пролонгирования
активности и жизни животных и человека.
Механизмы межклеточного узнавания в нервной системе, синаптогенез и
нейропластичность как основа памяти. Молекулярные конституенты формирующегося
синапса. Регуляция синаптогенеза: роль N-кадгеринов, нейрексин- нейролижинового
комплекса, семафоринов, N-САМ, интегринов, агрина. Роль PAR-рецепторов, тромбина и
трипсина в прорастании аксонов к мишеням. Модель прорастания аксонов и
формирования избирательных нервно-мышечных контактов
Депрессия - болезнь XXI века: современные представления о механизмах депрессии.
Теории происхождения депрессии. Макрофаговая теория Леонарда - нарушение секреции
цитокинов, повышенная секреция КРФ в мозгу. Теория нарушения плотности опиатных
рецепторов. Теория дисбаланса холинорецепции, уровня ГАМК и глутамата.
Моноаминергическая концепция происхождения депрессии. Система биогенных аминов:
роль в патогенезе депрессий. Роль моноаминооксидазы. Новые подходы и перспективы
фармакологической коррекции депрессии: роль новых антидепрессантов и адаптогенов.
Человек и машина: новый уровень взаимодействия (о развитии и применении braincomputer interface). Конструкции «мозг-компьютер»: «думающий» шлем для считывания
ЭЭГ и виртуального управления компьютером, протезом руки. Перспективы
использования интерфейса «мозг-компьютер» - коррекции слуха, зрения, считывания
мыслей.
Новое в физиологии сердечно-сосудистой системы: современные представления о
патофизиологии инсульта и инфаркта. Механизмы атерогенеза, проблемы и стадии
атеросклероза и борьбы с ним.
I.
Последние достижения в коррекции и перспективы борьбы с патологиями сердечнососудистой системы.
XXI век - век онкологии: новые онкогены и протоонкогены. Переход от ци- тостатиков
к таргетной терапии опухолей. Воздействие на митогены и каскад реакций, запускаемых
митогеном. Ингибиторы рецепторов митогенов и последующих внутриклеточных
каскадов. Метод моноклональных противоопухолевых антител.
Метод проточной цитофлуорометрии как инструмент для предсказания эффективности
химиотерапии опухолей человека. Понятие о MRP (multidrug resistant proteins). Три
стратегии. Доксирубицин как флуоресцентный зонд.
Физиология и патофизиология процессов ожирения: этиология разных типов ожирения
и механизмы. Современные подходы к коррекции ожирения. Роль серо- тонинергической
системы и меланокортинов.
Нанотехнологии для введения лекарственных средств через гематоэнцефали- ческий
барьер
Биологические и биогенные наночастицы (липосомы, хитозаны, углеродные нанотрубки, аденовирусы с подавленной системой репликации). Полиэтиленгликоль,
дендромеры. Неорганические наночастицы (металлические наночастицы для неглубокого
проникновения).
Визуализация внутриклеточных процессов: оптогенетические методы исследования
нервной системы. История вопроса: витальные красители: GFP, GFP и другие
флуоресцентные белки как инструмент для визуализации активности промоторов.
Флуоресцентные метки белков для анализа их активности, транслокации и т. д. 2-й час.
FRET (Foerster Resonance Energy Transfer) - метод флуоресцентномикроскопического
отслеживания взаимодействия белков, техника Brainbow. Перспективы удаленного
фотоконтроля нейронной активности.
Метод магнитно-резонансной томографии. История открытия и принципы МРТ,
использование в клинике, использование для диагностики и анализа системных процессов
организма. Принцип метода MRI (МРТ): использование в клинике для диагностики и
анализа системных процессов организма (новообразования, некрозы). Метод
функционального магнитного резонанса (ФМРТ) для исследований активности мозга и
его зон с помощью оксигемоглобина. Использование контрастирующих агентов
(гадолиниум ион, марганец и др.) для выявления региональной активности работающего
мозга.
II. ПЛАН ЛЕКЦИЙ
Лекция 1.
1- й час. Введение в курс: актуальные проблемы и методы физиологии XXI века.
Международная научная программа «ФИЗИОМ», программа «Человек и окружающая
среда: физиолого-экологические аспекты». Нейронауки в XXI веке: проблема
регенерации и пластичности нервной системы.
2- й час. Методы физиологии XXI века: биотехнологии, нанотехнологии, клонирование и нокаут, томография, микрофлуоресцентные, оптогенетические и другие
методы на службе физиологии.
Ответы на вопроси студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 2. Новые аспекты физиологии стресса: пренатальный стресс и его последствия,
нейровоспаление при стрессе.
1- й час. Классический механизм стресса. Особенности стресса во время беременности: спектр функциональных сдвигов у первого и последующих поколений
(нарушения пептидной регуляции, половой дифференцировки («феминизация»
потомства), нарушения нейрогенеза структур старой коры у потомства, синдром
гиперактивности ребенка.
2- й час. Нейровоспаление при стрессе. Стадии адаптации к стрессу. Хронический
стресс: обратимые и необратимые изменения, снижение числа астроцитов и последствия.
Микроглия: протекторное и цитотоксическое действие на разных стадиях стресса.
Иммунная реакция мозга при хроническом стрессе: цитокины микроглии.
Ответы на вопроси студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 3. Проблема регенерации нервной ткани. Стволовые клетки мозга.
1- й час. Нейрогенез и его стадии: остановка деления нейробластов и ее механизмы
(роль морфогенетических белков кости). Способность к регенерации отростков
периферических и центральных нейронов. Астроциты, олигодендроциты, шванновские
клетки - источники нейротрофинов, факторов адгезии, регуляторы регенерации аксонов.
2- й час. Определение «стволовых клеток». Гемопоэтические и стромальные
стволовые клетки костного мозга. Д. Томпсон и Д. Герхард (1998 г.): открытие
эмбриональных стволовых клеток. Определение «стволовых клеток». Стволовые клетки
мозга: численность, локализация в гиппокампе и других областях, «спящее состояние».
Белок ноггин как стимулятор нейрогенеза в зрелом мозге (Институт Солка, США, 2010
г.). Лечение рассеянного склероза, критической ишемии нижних конечностей с помощью
стволовых клеток.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов
Лекция 4. Проблема старения организма. Клеточная смерть и механизмы долголетия:
современные концепции долголетия и перспективы.
1й час. Определение «старения» как постепенного ослабления жизненных функций
с возрастом. А. Вайсман (1881): теория ограниченного числа делений соматических
клеток как причина старения и смерти, «лимит Хейфлика» (1961 г.). 1971 г. - теломерная
теория Оловникова: теломераза, ее постоянство в опухолевых клетках.
2й час. Обри ди Грей: 7 типов повреждений, происходящих при старении клеток
(программа протекции старению SENS). «Часы жизни» - генетическая программа
старения. Апоптоз, антиоксидантная защита и проблема старения.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 5. Механизмы межклеточного узнавания в нервной системе, синап- тогенез и
нейропластичность.
1й час. Формирование нервных связей в ЦНС: каждый из 1011 нейронов формирует
4
10 контактов. Молекулярные конституенты синапса: роль N-кадгеринов, нейрексиннейролижинового комплекса, семафоринов, N-САМ, интегринов, агрина. Сериновые
протеиназы и PAR-рецепторы в синаптогенезе и прорастании аксонов.
2й час. Модель прорастания аксонов и формирования избирательных нервномышечных контактов. Пре- и постсинаптическая дифференцировка нервномышечного
синапса: взаимовлияния нейротрофических (агрин, АХ, КГРП и др.) и ретроградных
факторов (виментины, тромбин, NT3/4 и др.). Морфофункциональная пластичность
синапсов и память.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 6. Депрессия - болезнь XXI века: теории патогенеза, подходы и перспективы
коррекции.
1й час. Теории происхождения депрессии. Макрофаговая теория Леонарда - нарушение секреции цитокинов, повышенная секреция КРФ в мозгу. Теория нарушения
плотности опиатных рецепторов. Теория дисбаланса холинорецепции, уровня ГАМК и
глутамата.
Моноаминергическая концепция происхождения депрессии.
2й час. Система биогенных аминов: роль в патогенезе депрессий (норадреналин,
дофамин и серотонин). Моноаминоксидаза - роль в развитии депрессии. Подходы к
терапии депрессивных расстройств: антидепрессанты разных классов. Метод инверсной
иммунорегуляции.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 7. Человек и машина: новый уровень взаимодействия (о развитии и применении
brain-computer interface (ВС1).
1й час. Распознавание мыслительных команд путем регистрации и расшифровки
ЭЭГ с помощью компьютера. Инвазинвые и неинвазивные ВСЕ Конструкции «мозгкомпьютер»: «думающий» шлем для считывания ЭЭГ, управления компьютером и
приборами. Управление движениями руки-робота с помощью петли обратной связи через
систему ЭЭГ-компьютер.
2й час. Инвазивные ВСЕ «слуховой» имплантат чипа для возвращения слуха с
помощью ВСЕ Использование ЭЭГ для компенсации зрения, распознания мыслительной
деятельности человека и т. п. Перспективы использования ВО! в ближайшие десятилетия
XXI века.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 8. Физиология сердечно-сосудистой системы в XXI веке.
1й час: новое о патофизиологии инсульта. Достижения в коррекции инсульта.
Новые аспекты применения NO, нейропептидов. Механизмы развития атеросклероза:
холестерин, ЛПВП и ЛПНП на мембранах клеток сосудов, сердца, печени. Роль рецептора
CD36 в развитии атеросклероза. Статины и другие способы коррекции.
2й час. Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5
мин) выступлениями студентов
Лекция 9. XXI век - век онкологии: понятия «онкоген» и «протоонкоген», переход от
генерализованных цитостатиков к таргетной терапии опухолей.
1й час. Принцип таргетной (от слова target - мишень) терапии опухолей: воздействие на митогены и каскад реакций, запускаемых митогеном. Ингибиторы рецепторов
пролиферативных сигналов: рецепторов половых гормонов, тирозинкиназы рецепторов
факторов роста, внутриклеточных сигнальных белков (PG490). Моноклональные антитела
к антигенам раковых клеток.
2й час. Метод проточной цитофлуорометрии как инструмент для предсказания
эффективности химиотерапии опухолей человека. Понятие о MRP (multidrug resistant
proteins). Три стратегии. Доксирубицин как флуоресцентный зонд. Эффект «рикошета» усиление патогенеза, вызванный противоопухолевой терапией.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 10. Метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и его перспективы в XXI веке.
1й час. История открытия магнитного резонанса (1946 г.). Принцип метода MRI (на
русском - МРТ): с 1993 г. - использование в клинике, использование для диагностики и
анализа системных процессов организма (новообразования, некрозы).
2й час. Метод функционального магнитного резонанса (ФМРТ) для исследований
активности мозга с помощью оксигемоглобина. Использование контрастирующих агентов
(гадолиниум ион, марганец и др.).
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 11. Использование нанотехнологий и его перспективы в XXI веке
1- й час. Нанотехнологии для введения лекарственных средств через гематоэнцефалический барьер. Биологические и биогенные наночастицы (липосомы, хито- заны,
углеродные нанотрубки, аденовирусы с подавленной системой репликации).
Полиэтиленгликоль, дендромеры. Неорганические наночастицы (металлические
наночастицы для неглубокого проникновения).
й час. Патофизиология электромагнитного излучения. Приборы-излучатели:
разрешенный частотный диапазон ЭМИ бытовых проборов, оценка патогенности
эффектов. Современные гипотезы относительно механизмов патогенного действия ЭМИ.
Дискуссия в научном сообществе о вреде мобильных телефонов как приемников ЭМИ.
Подходы к коррекции патогенных эффектов ЭМИ.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Лекция 12. Визуализация внутриклеточных процессов: оптогенетические методы
исследования нервной системы.
1- й час. 1960 г. - открытие витального красителя GFP. GFP и другие флуоресцентные
белки как инструмент для визуализации активно сти промоторов. Флуоресцентные метки
белков для анализа их активности, транслокации и т. д.
2- й час. FRET (Foerster Resonance Energy Transfer) - метод флуоресцентномикроскопического отслеживания взаимодействия белков. Прослеживание хода аксонов,
дендритов и межнейронных контактов техникой «Brainbow» (Дж. Лихтман, США, 2007
г.) Перспективы удаленного фотоконтроля нейронной активности.
Ответы на вопросы студентов, общее обсуждение с фиксированными (5 мин)
выступлениями студентов.
Общее заключение по спецкурсу «ФизиологияXXI века».
2-