Одной из компонент практически любого патологического состояния является воспаление. Воспаление является сложным биологическим процессом, который возникает в результате реакции иммунной системы в ответ на различные повреждающие факторы. Первыми в область воспаления мигрируют тканевые макрофаги и нейтрофилы, эти типы клеток представляют важное звено врожденного иммунитета. Именно эти клетки являются защитниками первой линии и обеспечивают организму борьбу с различными патогенами. В норме, выполнив свои функции, эти клетки удаляются из области воспаления, начинаются регенеративные процессы. Например, нейтрофилы подвергаются апоптозу и фагоцитируются другими клетками, в некоторых случаях нейтрофилы мигрируют из области воспаления. Однако в случае нарушения регуляции этих процессов иммунные клетки являются причиной развития окислительного стресса, что приводит к необратимому повреждению тканей, нарушению работы органов. Несмотря на актуальность темы, на сегодняшний день особенности регуляции и функционирования клеток, участвующих в развитии воспалительных реакций, являются одной из наименее изученных областей в иммунологии. В последние годы все чаще рассматривают в качестве важных медиаторов воспаления малые неорганические молекулы, отличающиеся высокой реакционной способностью. Давно известно, что для клеток, которым свойственна способность к фагоцитозу, характерно наличие фермента НАДФН-оксидазы. Этот белок переносит электроны через мембрану при окислении НАДФН с образованием супероксид анион радикала (O2•¯), который быстро превращается в пероксид водорода (Н2О2). Другой характерный фермент активированных тканевых макрофагов и нейтрофилов – миелопероксидаза. Этот белок с использованием Н2О2 катализирует образование высоко реакционноспособных гипогалогенных кислот, в большей степени хлорноватистой (HOCl). Именно свойство этих клеток производить активные формы кислорода и хлора при окислительном взрыве обеспечивает эффективное уничтожение чужеродных агентов, однако при патогенезе различных заболеваний это же свойство приводит к повреждению собственных тканей организма. Другими признанными участниками воспалительных процессов среди малых неорганических молекул являются активные формы азота, монооксид углерода, активные формы серы. Последним, представленным в основном сероводородом (H2S), полисульфидами и персульфидами, все чаще приписывают роль важнейших регуляторов биохимических процессов. Получены убедительные экспериментальные данные, подтверждающие роль активных форм серы в патогенезе органов центральной нервной системы, сердца, при острых повреждения легких, септическом шоке и многих других. Однако конкретные механизмы действия данных соединений по-прежнему мало изучены. Клетки воспаления являются очень сложным объектом для исследования. В культуре эти клетки живут непродолжительное время. Кроме того, их функции зависят от многих параметров, в том числе от клеточного окружения. Именно поэтому воспалительные процессы необходимо исследовать в живых целостных биологических системах, что долгое время было невозможно из-за отсутствия подходящей методологической базы. Генетически кодируемые биосенсоры на основе флуоресцентных белков вывели медико-биологические исследования на новый уровень. Мировая коллекция современных биосенсоров позволяет в режиме реального времени регистрировать некоторые, но пока далеко не все, внутриклеточные события в живых системах, в том числе короткоживущие соединения с высокой реакционной способностью. В рамках настоящего Проекта мы впервые исследуем пространственно-временную динамику важнейших медиаторов воспаления, а именно активных форм серы и хлора, в различных клеточных моделях: фагоцитирующие нейтрофилы, клетки микроглии в нейрональных культурах. Мы выясним, как разной природы воздействия на редокс-метаболизм этих клеток сказывается на их свойствах и функционировании. Мы также впервые визуализируем динамику этих параметров in vivo при развитии некоторых патологических процессов: в тканях рыб Danio rerio при бактериальной инфекции и в тканях мозга крыс при воспалении, вызванном ишемическим инсультом. Для визуализации активных форм хлора мы будем использовать разработанный в нашей лаборатории биосенсор Hypocrates – инструмент, который на сегодняшний день не имеет аналогов. На данный момент в мировой коллекции биосенсоров отсутствует инструмент для регистрации in vivo активных форм серы. Одна из задач Проекта будет посвящена созданию такого биосенсора для реализации всех выдвинутых целей по исследованию динамики H2S и его производных в предложенных системах. Поскольку большинство патологий сопровождается воспалением, создание новых инструментов для исследования и получение с их помощью информации о регуляционных механизмах этих процессов имеет огромное значение для разработок терапии лечения различных заболеваний. Это особенно актуально в свете событий, с которыми мир сталкивается в течение последних двух лет, что кардинальным образом изменило жизнь современного человечества и стало вызовом для мирового медико-биологического сообщества. Очевидно, что накопленные научные сведения и новые фундаментальные исследования патологических процессов на всех уровнях организации живой материи будут являться залогом развития эффективных подходов борьбы в нынешней ситуации и позволят противостоять подобным угрозам в будущем.