ИСТИНА

В ходе проекта будет проведен скрининг веществ, которые могут поддерживать метаболизм клеток при недостатке питательных субстратов, неизбежно вызываемом геморрагическим шоком. Изучение эффектов исследуемых соединений как на физиологическом, так и на клеточно-биологическом уровнях позволит оценить эффективность тестируемых веществ для терапии полиорганной недостаточности и прицельно исследовать механизмы их действия. В результате Проекта будут выявлены соединения, применение которых может улучшать течение и смягчать последствия полиорганной недостаточности, вызванной геморрагическим шоком.

Multiple organ failure is a socially significant disease characterized by high disability and mortality rates among patients. Up to 80% of fatality outcomes in intensive care units are directly related to multiple organ failure. Chronic organ dysfunction and a shorter life expectancy are possible consequences for patients who survive multiple organ failure. Multiple organ failure is defined as a violation or lack of functioning of two or more organs, but frequently, the entire organism suffers. Multiple organ failure can be caused by hemorrhagic shock, which occurs when trauma or injuries are accompanied by extensive bleeding. Multiple organ failure can occur not immediately after massive hemorrhage but appear after a delayed period. Namely, there is a therapeutic window during which it is potentially possible to reduce the severity of developing multiple organ failure or even prevent its onset. Maintaining cellular metabolism in the earliest stages after the onset of massive bleeding may be a promising therapeutic approach for multiple organ failure, which can reduce patient mortality and disability. During hemorrhagic shock, organ cell metabolism is affected due to massive blood loss and centralization of blood flow leading to a deficiency of energy substrates, especially in peripheral organs, predominantly the kidneys, liver, and intestines. The lack of nutrients in cells of affected organs leads to a supression of their methabolic functions, functional and structural disturbances and dysregulation of mitochondrial activity. As a result, cellular damage caused by these factors initiates apoptotic cascades, culminating in cell death. In this regard, the aim of this study is to investigate the molecular mechanisms of multiple organ failure induced by hemorrhagic shock and to determine an effective therapeutic strategy for this condition at early stages. Currently, there are no therapeutic approaches based on the support of cellular metabolism during injury to treat hemorrhagic shock and the subsequent multiple organ failure. Therefore, the primary focus of the project will be the testing of compounds that replenish the deficiency of energy substrates in the body's cells. It is planned to study the effects of alternative metabolic substrates (such as succinate or fumarate, ketone bodies like beta-hydroxybutyrate and acetoacetate), precursors of NAD+ (nicotinamide mononucleotide, nicotinamide riboside), substances maintaining a stable level of acetyl-CoA in cells (acetyl-L-carnitine), as well as compounds affecting protective signaling pathways (resveratrol, metformin, quercetin) and inhibiting the mitochondrial pore (cyclosporin A or its derivatives). These compounds influence cellular metabolism and energy status of cells and thus, presumably, may reduce the number of apoptotic cells in organ tissues during the deficiency of energy substrates caused by massive bleeding. The experiments conducted within the project will be carried out both in vivo on rats subjected to hemorrhagic shock and in vitro on cell cultures, where injuries similar to those in vivo will be modeled. The impact of the investigated compounds on vital organs and the therapeutic efficacy in alleviating different tissues damage will be studied in rats. During the project, molecular changes occurring in the tissues will be evaluated, including the processes such as inflammation, apoptosis, mitochondrial status, oxidative stress, and regeneration. Signaling cascades activated or inhibited in cells after injury and therapy will be investigated. The viability of cells, their bioenergetic status, and the associated signaling cascades related to observed changes will be tested on cell cultures of various organs during modeling of energy substrate deficiency and incubation with the investigated substances. Thus, in this project, a screening of substances that can support cellular metabolism in the presence of nutrient substrate deficiency induced by hemorrhagic shock will be conducted. Studying the effects of the investigated compounds at both physiological and cellular levels will allow assessing their therapeutic efficacy for the multiple organ failure. It will also facilitate targeted exploration of their action mechanisms. The project aims to identify compounds whose application could improve the course of disease and mitigate the consequences of multiple organ failure induced by hemorrhagic shock.

В ходе выполнения проекта планируется изучить эффекты различных групп веществ, влияющих на метаболизм клеток, при полиорганной недостаточности, вызванной геморрагическим шоком. Будет исследовано действие альтернативных метаболических субстратов (сукцината или фумарата, кетоновых тел: бета-гидроксибутирата, ацетоацетата), предшественников NAD+ (никотинамид мононуклеотид, никотинамид рибозид), веществ, поддерживающих стабильный уровень ацетил-КоА в клетках (ацетил-L-карнитин), а также веществ, воздействующих на защитные сигнальные пути (ресвератрол, метформин, кверцетин) и ингибирующих митохондриальную пору (соединения на основе циклоспорина А). Ожидается, что данные соединения за счет воздействия на метаболизм клеток смогут смягчить тяжесть полиорганной недостаточности или препятствовать ее развитию. На основе уже имеющихся транскриптомных данных в соответствующих базах будет прицельно изучено, как меняется экспрессия генов в разных органах при полиорганной недостаточности, вызванной геморрагическим шоком. Вероятно, различные органы могут по-разному отвечать на геморрагический шок и сопутствующий ему недостаток питательных субстратов. Это будет проверено с помощью биоинформатического анализа, проведенного в ходе выполнения проекта. Исходя из полученных данных, можно будет предположить, какие группы соединений могут быть наиболее эффективны для каждого конкретного изучаемого органа. На клеточных культурах различных органов (в первую очередь, почек, печени и мозга, а также эндотелия) будут протестированы эффекты соединений из исследуемых групп при моделировании условий недостатка питательных веществ, характерных для геморрагического шока. Ожидается, что тестируемые терапевтические соединения будут оказывать модулирующий эффект на метаболизм клеток, повышая их толерантность к повреждению и уменьшая количество апоптотических клеток. Применение терапии соединениями, влияющими на метаболизм клеток, может способствовать нормализации работы митохондрий и снижению уровня окислительного стресса в клетках. В ходе экспериментов на клеточных культурах будут отобраны вещества, наиболее хорошо увеличивающие жизнеспособность клеток в условиях депривации питательных субстратов и поддерживающие биоэнергетический статус клеток. Самые эффективные соединения, которые будут выраженно модулировать метаболизм и повышать толерантность клеток к повреждению, будут протестированы на животных с геморрагическим шоком. Ожидается, что выбранные соединения будут смягчать тяжесть полиорганной недостаточности и степень повреждения тканей. Кроме того, ожидается, что исследуемые соединения смогут нормализовать работу митохондрий и снизить уровень окислительного стресса в разных тканях. За счет меньшего повреждения клеток могут наблюдаться более эффективные процессы регенерации тканей. Таким образом, настоящий проект будет направлен на подробное изучение фундаментальных молекулярных механизмов, лежащих в основе повреждения различных органов при развитии синдрома полиорганной недостаточности. Проведенные эксперименты позволят охарактеризовать разные группы соединений, влияющих на метаболизм, и оценить их эффективность для лечения полиорганной недостаточности, вызванной геморрагическим шоком. Будет оценено, как исследуемые соединения влияют на разные органы, чтобы подобрать такие комбинации препаратов, которые эффективно действовали бы на все повреждаемые органы. Самые эффективные из протестированных соединений могут лечь в основу разработки патогенетических методов терапии полиорганной недостаточности, вызванной геморрагическим шоком, и снизить смертность и инвалидизацию пациентов, сталкивающихся с данным патологическим состоянием.

Основные научные интересы руководителя проекта направлены на разработку эффективных методов терапии различных повреждений жизненно важных органов. В частности, руководитель проекта показала, что ограничение калорийности питания эффективно защищает ткань почки молодых крыс от повреждения. Было выявлено, что данный метод терапии снижает тяжесть почечного повреждения, активирует аутофагию, улучшает функционирование митохондрий, снижает уровень окислительного стресса (Andrianova et al., 2021, 2022; Andrianova, Zorova, et al., 2020). Более того, изучались также эффекты ограничения калорийности питания на ткань мозга, печени, почек, легких и мышц у старых крыс (Gureev et al., 2022). Руководителем проекта также исследуется действие фармакологических миметиков ограничения калорийности питания и кетогенной диеты. Ожидается, что данные соединения будут обладать защитным действием, соизмеримым с эффектами диет, так как они частично активируют те же сигнальные пути (Makievskaya et al., 2023). Отдельным направлением работ руководителя проекта является изучение процессов регенерации тканей после повреждения (Andrianova et al., 2019). В частности, показано, что снижение толерантности ткани почки к повреждению с возрастом может быть объясняться уменьшением пула стволовых клеток в ткани, что сказывается на регенерации после повреждения (Buyan et al., 2022). Таким образом, научная деятельность руководителя проекта направлена на изучение молекулярных механизмов развития повреждения клеток, особенностей регенерации жизненно важных органов, а также поиск эффективных методов терапии (Andrianova, Zorov, et al., 2020).