Рабочая учебная программа практико-ориентированного образовательного модуля «Доклиническая оценка безопасности инновационных биоподобных препаратов»

Скачать 5.57 Mb.

Название	Рабочая учебная программа практико-ориентированного образовательного модуля «Доклиническая оценка безопасности инновационных биоподобных препаратов»
страница	14/38
Тип	Рабочая учебная программа

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Рабочая учебная программа

1 ... 10 11 12 13 14 15 16 17 ... 38

II.5.2.1.7 Рабочая программа дисциплины "Моделирование физиологических и патологических процессов in vitro и vivo"

Целями освоения дисциплины "Моделирование физиологических и патологических процессов in vitro и vivo" практико-ориентированного образовательного модуля «Стратегия разработки инновационных биоподобных препаратов» являются:

- приобретение знаний об алгоритмах разработки и использования экспериментальных биохимических систем и генетических подходов с использованием модельных организмов и трансгенных животных, которые позволяют исследовать молекулярные механизмы формирования патологий у человека и животных, в том числе тех, для которых в настоящий момент не существует эффективных средств терапии;

- создание чётких представлений об основных молекулярных и генетических подходах, позволяющих исследовать вклад отдельных молекул в осуществление ключевых физиологических процессов на бесклеточном уровне in vitro; на уровне отдельной клетки, ткани или организма;

- формирование представлений о способах создания экспериментальных моделей для изучения функций отдельных молекул и механизмов развития патологий различной этиологии;

- формирование представлений об алгоритмах разработки и внедрения в клиническую практику технологий, основанных на использовании различных экспериментальных моделей;

- формирование понятий о использовании генетических и биохимических подходов для создания и тестирования новых лекарств, разработки новых генотерапевтических и клеточных методов терапии социально-значимых и наследственных заболеваний на основе знаний о механизмах регуляции поддержания клеточного и биохимического состава клеток и органов, лежащего в основе поддержания нормальных физиологических процессов;

- формирование четких представлений о принципах создания трансгенных животных и использования этих моделей для исследования функций отдельных терапевтически-значимых молекул, создания новых методов клеточной терапии, направленной на регенерацию поврежденных вследствие патологии органов и тканей.
Структура и содержание дисциплины "Моделирование физиологических и патологических процессов in vitro и vivo".

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы – 72 часа, 50 часов из них выделяется на аудиторные занятия, в том числе, 30 часов приходится на лекции, 14 часов на семинары, 4 часа на практические занятия и 2 часа на зачет, на самостоятельную работу отводится 24 часа.

Структура дисциплины

пп/п	Раздел дисциплины	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
пп/п	Раздел дисциплины	Лекции	Семинары	Практические занятия	Самостоятельная работа	Аттестация
1	Введение	2	-	-	-	-
2	Тема 1. Модельные системы для исследования биологических процессов	10	4	4	6	Опрос, тестирование
3	Тема 2. Cоздание модельных систем in vivo	12	6	-	12	Тестирование
4	Тема 3. Примеры модельных систем, используемых для исследования патологий человека и разработки новых лекарственных препаратов	6	4	-	6	Опрос, тестирование, презентация
7	Дифференцированный зачет					2
	Всего:	30	14	4	24
	Итого:	72

Содержание разделов дисциплины "Моделирование физиологических и патологических процессов in vitro и vivo ":

Тема 1. Модельные системы для исследования биологических процессов

Понятия об основных закономерностях, лежащих в основе ключевых биологических процессов

Принципы самоорганизации и протекания ключевых биохимических реакций. Компартментализация и пространственное разобщение биохимических процессов внутри клетки. Регуляция уровня белковых и небелковых молекул на транскрипционном, трансляционном и пост-трансляционном уровнях. Проведение сигнала через рецепторы на поверхности и клеток и каскады внутриклеточной сигнализации, как важный способ реакции на изменение внешних условий. Методы исследования (измерения) уровня индивидуальных молекул белков и нуклеиновых кислот на уровни ткани или популяции клеток и на уровне отдельных клеток. Высокопроизводительные методы анализа биомолекул. Полногеномный и полнопротеомный анализ.

2. Взаимосвязь между структурой и количеством ключевых биоактивных молекул и их функциональной активностью.

Ключевые ферменты и регуляторные молекулы (гормоны, факторы роста, низкомолекулярные соединения), дисбаланс которых приводит патологическим изменениям на уровне клеток и тканей. Мутации, спонтанные и индуцированные, связь со структурой и функцией отдельных молекул. Хроматин, регуляция активности хроматина и транскрипции отдельных генов с помощью цис- и транс-регуляторных элементов. Классическая и эпигенетическая наследственность. Метилирование ДНК, модификация гистонов и белков хроматина, малые регуляторные РНК: строение, функции, регуляция. Регуляция активности генов на уровне транскрипции. Белки-факторы транскрипции, основные типы ДНК-связывающих доменов, принципы,лежащие в основе связывания ДНК и активации транскрипции. Факторы транскрипции – мастер-регуляторы дифференцировки и созревания определенных типов клеток. Связь между уровнем белка, кодируемого геном, и активностью этого гена. Примеры позитивной и негативной регуляции активности гена его белковым продуктом. Пост-трансляционная модификация белков как способ регуляции их количества в клетки и функциональной активности.
3.Бесклеточные модельные системы и моделирование биохимических процессов in vitro

Наиболее распространенные методические подходы выделения, очистки и характеризации индивидуальных полипептидов (белков) и нуклеиновых кислот. Методы измерения концентрации и активности биополимеров. Создание систем in vitro с использованием очищенных биомолекул для моделирования взаимодействий между молекулами в водных растворах и в липидном бислое. Использование лизатов и бесклеточных систем для моделирования сложных ферментативных реакций, например, транскрипции и трансляции. Кристаллизация отдельных биополимеров и комплексов биомолекул для исследования их пространственной структуры на атомном уровне.
4. Клеточные модели и исследование эволюционно-консервативных принципов организации живой клетки

Использование прокариотических (бактериальных) клеток и примитивных эукариотических одноклеточных организмов для исследования ключевых эволюционно-консервативных процессов и поиска взаимодействующих молекул. Фаговый дисплей, дрожжевая двухгибридная система

5. Использование клеток млекопитающих в качестве экспериментальных моделей

Получение клеточных линий от нормальных людей и пациентов с врожденными и приобретенными патологиями. Способы иммортализации клеток. Преимущества и недостатки использования иммортализованных и трансформированных клеток. Проблемы работы с первичными культурами. Связь между пролиферацией и клеточным циклом. Использование стволовых и индуцированных стволовых клеток для получения различных типов дифференцированных клеток. Перспектива использования такого подхода для моделирования патологий человека и животных и поиска новых селективных лекарственных препаратов.
6 Модельные организмы для исследования биологических процессов

Модельные организмы для исследования отдельных аспектов функционирования живых систем. Секвенирование геномов и генетика модельных организмов. Преимущества и недостатки отдельных модельных организмов для исследования функционирования ключевых систем организма (сердечно сосудистой системы, нервной, иммунной систем, процессов регенерации тканей и органов). Сравнение модельных организмов как способ исследования процесса эволюции биомолекул и принципов организации живых организмов.
Тема 2. Cоздание модельных систем in vivo

Способы введения генетического материала в клетки и обмен генетической информацией между клетками одного или двух разных организмов

Трансформация, трансфекция и вирусная трансдукция. Основные типы рекомбинантных векторных молекул для введения и экспрессии генов в прокариотических и эукариотических клетках. Понятие о генетической инженерии и способах манипуляции и характеризации рекомбинантных ДНК, РНК и белков. Транзиентная (временная) экспрессия генов и их стабильная интеграция в геном. Мобильные генетические элементы. Вектора на основе разных типов вирусов. Использование векторов для увеличения или снижения уровня синтеза отдельных молекул на уровне отдельных клеток или целого организма.

2. Генетические модельные системы и способы их создания

Рекомбинация и репарация ДНК млекопитающих. Изменения аминокислотной последовательности белка вследствие мутаций, сдвиг рамки считывания, молчащие нуклетидные замины. Однонуклеотидные полиморфизмы в некодирующей части генов и их влияние на уровень белка, кодируемого геном. Прямой и обратный генетический подход. Gain-of-function и loss-of-function методы исследования функций биомолекул. Случайный мутагенез и создание коллекций мутантных животных. Создание компенсаторных мутантов как способ поиска ранее неизвестных участников сигнальных каскадов. Идентификация спонтанных мутаций в геноме человека, связанных с патологиями, поиск ортологов генов человека в геноме модельных животных и их мутагенез с целью создания животных моделей заболеваний человека. Клонирование животных с помощью пересадки ядер соматических клеток.
3 Трансгенные животные (простые трансгены)

Понятие о трансгенных животных и принципах, лежащих в основе их создания. Вид простейшей трансгенной конструкции. Получение трансгенных животных (мышей) с помощью прямой инъекции генетического материала в пронуклеус зиготы. Анализ трансгенного потомства. Преимущества и недостатки трансгенеза, основанного на случайном встраивании конструкции в геном. Трансгены на основе искусственных бактериальных хромосом.
4 Трансгенные животные, получаемые с помощью гомологической рекомбинации

Генетические принципы, лежащие в основе получения трансгенных животных с помощью встраивания ДНК в определенные места в геноме. Создание конструкции для направленного встраивания в геном, принципы селекции эмбриональных стволовых клеток, трансфицированных такой конструкцией. Способы анализа ДНК, позволяющие детектировать место встраивания трансгенов и количество копий. Создание трансгенных животных с помощью направленного встраивания трансгена в геном. Отбор и анализ химерного потомства. Понятие о генетическом нокауте, генетическом нокине, подходы, позволяющие создавать на основе нокаутного аллеля генетический репортер. Cre-lox система рекомбинации. Принципы создания кондиционных генетических нокаутов. Индуцируемые генетические нокауты. Примеры модельных систем, использующих разные типы нокаутных конструкций. Преимущества и недостатки разных видов генетического нокаута.
5. Направленное редактирование генома с помощью системы CRISPR-Cas9

ДНК эндонуклеаза Cas9, механизм действия, функция системы CRISPR-Cas9 в бактериях, использование этой системы для направленного редактирования геномов. Использование открытых ресурсов для выбора направляющих разрезание геномной ДНК РНК, анализ результатов редактирования генома методами ПЦР и Саузерн-блоттинга, создание трансгенных и нокаутных животных с помощью системы CRISPR-Cas9.

6.Малые РНК и использование РНК интерференции для изменения уровня отдельных молекул в клетках. Генетический нокдаун.

Понятие об интерференции РНК. Молекулярные механизмы РНК интерференции, функции микроРНК в норме и при патологии. Ингибиторы микроРНК и малые интерферирующие РНК. Способы использования этих соединений для направленной регуляции экспрессии отдельных генов. Способы получения малых интерферирующих РНК в клетках, векторы для доставки генетических конструкций, кодирующих микроРНК,
Тема 3. Примеры модельных систем, используемых для исследования патологий человека и разработки новых лекарственных препаратов

1. Генетические и клеточные модели, используемые для изучения сердечно сосудистой и нервной системы

Модели, основанные на выделении и модификации первичных культур клеток сердца и сосудов. Получение и использование фрагментов тканей или органов. Модели, основанные на выделении сердца, для электрофизиологических исследований. Мелкие животные в качестве генетических моделей для исследования сердечно сосудистой системы; генетические модели атеросклероза, ишемической болезни сердца, кардиомиопатий, нарушений сердечного ритма.

Генетические модели нейродегенеративных заболеваний: болезни Альцгеймера и Паркинсона, рассеянный склероз. Модели для исследования роста и восстановления нервов при повреждении.

2. Примеры модельных систем, используемых для изучения механизмов индукции аутоиммунных и иммунодефицитных состояний.

Примеры дефектов иммуной системы, приводящих к аутоиммунным заболеваниям и иммунодефицитам. Механизмы созревания Т и Б клеток, образования репертуара рецепторов антигенов. Способы поддержания иммунологической толерантности и причины, по которым могут возникать аутоиммунные заболевания. Клеточные и животные модели для исследования созревания и функций клеток иммунной системы. Костномозговые химеры, выделение и пересадка клеток иммунной системы. Создание животных моделей инфекционных заболеваний для создания и тестирования вакцин. Гуманизированные мыши.

3. Стволовые клетки и модельные системы для исследования дифференцировки клеток.

Понятие о дифференцировке клеток в процессе онтогенеза млекопитающих. Стволовые и прогениторные клетки. Способы получения и характеристика разных типов стволовых клеток. Механизмы, определяющие поддержание стволовости. Подходы, используемые для получения соматических клеток из стволовых, преимущества по сравнению с получением первичных культур клеток. Перепрограммирование соматических клеток с помощью эктопической экспрессии генов факторов транскрипции. Индуцированные плюрипотентные клетки и их использование для моделирования наследственных заболеваний человека и разработки селективных лекарственных препаратов. Гемопоэтические стволовые клетки, пересадка костного мозга как способ коррекции заболеваний крови.
Темы и программы семинаров

Семинар 1. Регуляция уровня и активности биомолекул (белков и РНК) в клетке. Регуляция активности генов на уровне модификаций хроматина, уровне транскрипции. Регуляция процесса трансляции, стабильность и деградация мРНК. Пост-трансляционная регуляция активности и уровня белков в клетке. Методы молекулярного анализа биополимеров.

Семинар 2. Моделирование биологических процессов в бесклеточных системах (in vitro) и в одноклеточных организмах.

Семинар 3. Клеточные модели. Способы получения первичных культур клеток и клеточных линий, Способы изменения активности генов и уровня отдельных белков в клеточных линиях. Рекомбинантные ДНК и генетическая инженерия.

Семинар 4. Способы создания мутантных и трансгенных животных с помощью случайного мутагенеза, ненаправленной и направленной модификации генома.

Семинар 5. Малые РНК, их использование для выключения или активации генов и направленного редактирования генома. Способы доставки малых РНК в клетки.

Семинар 6. Клеточные и животные модели для исследования сердечно сосудистой и нервной систем.

Семинар 7. Стволовые клетки и модельные системы для исследования системы кроветворения и иммунной системы.
Задачи практических занятий

Занятие 1. Использование открытых ресурсов для поиска информации о белках и генах, вовлеченных в развитие патологии (на примере диабета). Использование портала NCBI, геномных браузеров UCSC и Ensemble. Получение информации о генах, кодируемых ими транскриптах, изоформах и мутантных формах белковых продуктов. Поиск однонуклеотидных полиморфизмов и их связи с патологией. Анализ и использование полученной в открытых ресурсах и базах данных информации.

Задача 2. Разработка стратегии и дизайн конструкций для создания генетического нокаута или нокина в мышах. Разработка стратегий для получения разных типов нокаутных и репортерных конструкций. Использование технологий CRISPR-Cas9 и Recombineering.
Самостоятельная работа:

При реализации образовательных технологий используются следующие виды самостоятельной работы:

• работа с конспектом лекции (обработка текста);

• подготовка к лекциям, семинарам и практическим занятиям;

• работа над материалом учебника;

• поиск информации по тематике занятия в сети «Интернет» и литературе;

• подготовка к контрольному опросу;

• подготовка к сдаче зачета.
Самостоятельная работа студентов состоит в проработке лекционного материала, составление конспекта дополнительных материалов по темам, вынесенным на самостоятельное изучение, подготовке к семинарским и практическим занятиям, подготовке к зачету.

Студенты могут использовать следующие Интернет-ресурсы:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

http://www.ensembl.org/index.html

https://genome.ucsc.edu/

http://jaxmice.jax.org/findmice/
Студенты по дисциплине “Моделирование физиологических и патологических процессов in vitro и in vivo” должны самостоятельно найти, представить и обсудить на семинарских занятиях генетические модели социально значимых заболеваний человека, объяснить их недостатки и ограничения.

Примерный перечень разделов программы, которые студенты должны изучить самостоятельно:

- Презентация антигенов клетками иммунной системы

- Маркеры стволовых и прогениторных клеток

- Внеклеточные везикулы для доставки белков и РНК в клетки

- Безопасность генетически-модифицированных организмов

- Модели трансплантации органов и тканей, ксенотрансплантация

- Поиск информации, в том числе научных статей, по открытым базам данных
Контрольные вопросы к зачету:
1) Объясните различие между классической и эпигенетической наследственностью. Какие молекулярные механизмы обеспечивают эпигенетическую регуляцию активности хроматина.

2) Почему мутации в ДНК приводят к нарушениям в функционировании клеток? Разберите связь между мутациями в ДНК и функцией белка.

3) Каким образом происходит регуляция активности генов на уровне транскрипции? Объясните механизм действия факторов транскрипции.

4) Каким образом в клетке регулируется уровень матричных РНК? Какие детерминанты в составе РНК за это отвечают? Дайте подробный ответ.

5) Что такое малые интерферирующие РНК? Объясните, как их можно получить и какими методами можно ввести их в клетки млекопитающих?

6) Приведите примеры влияния пост-трансляционных модификаций на свойства и активность белков в клетке.

7) Разберите основные принципы, используемые для разделения и анализа биополимеров. За счет чего высокопроизводительные методы позволяют одновременно анализировать сложные смеси из сотен тысяч индивидуальных молекул? Объясните.

8) Приведите пример того, как клетки кишечных палочек можно исследовать для получения человеческого белка. Каковы ограничения такого подхода.

9) Объясните принцип работы дрожжевой двухгибридной системы? Почему для изучения транскрипционного аппарата млекопитающих можно использовать клетки примитивных дрожжей?

10) Способы получения культур клеток. Основные ограничения использования клеточных линий.

11) Принципиальные различия между разными модельными организмами. Основные критерии, позволяющие использовать организм в качестве модельного.

12) Секвенирование нуклеиновых кислот методом NGS. Принцип работы метода.

13) Эволюционно-консервативные процессы и их исследование в модельных организмах.

14) Рекомбинантные ДНК. Способ создания, основные типы и характеристики векторных молекул.

15) Способы доставки белков и нуклеиновых кислот в клетки млекопитающих. Сравнение разных методов.

16) Гомологическая рекомбинация и репарация ДНК в клетках млекопитающих.

17) Прямой и обратный генетический подход. Мутагенез на уровне целых организмов.

18) Gain-of-function и Loss-of-function методы исследования.

19) Исследование механизмов патогенеза с помощью животных моделей.

20) Клонирование животных.

21) Трансгенные животные, технология получения.

22) Получение кондиционных нокаутов и репортерных линий мышей.

23) Система CRISR-Cas9 и её преимущества по сравнению с традиционным подходом для создания нокаутных животных.

24) Генетический нокдаун, малые регуляторные РНК.

25) Генетические модели исследования заболеваний сердца и сосудов.

26) Генетические модели нейродегенеративных заболеваний.

27) Механизмы созревания Т и Б клеток, причины врожденных иммунодефицитов.

28) Аутоиммунные заболевания. Причины нарушения иммунологической толерантности.

29) Модели для исследования созревания и функций клеток иммунной системы.

30) Стволовые клетки. Модели для исследования дифференцировки клеток и регенерации тканей.

1 ... 10 11 12 13 14 15 16 17 ... 38

	Рабочая учебная программа профессионального модуля «Подготовка химической... Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего...		Профессионального модуля Рабочая учебная программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта...
	Профессионального модуля Рабочая учебная программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта...		Профессионального модуля Рабочая учебная программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта...
	Рабочая программа профессионального модуля 03 Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности...		Рабочая программа профессионального модуля пм. 04 «проведение диагностирования... Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе федерального государственного образовательного стандарта по специальности...
	Рабочая программа профессионального модуля пм. 01 продажа непродовольственных товаров Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по профессиям...		Рабочая программа профессионального модуля эксплуатация и техническое обслуживание Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по профессии...
	Рабочая программа профессионального модуля транспортировка грузов 2015 г Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по профессии...		Рабочая программа профессионального модуля пм. 04 Выполнение токарных... Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности...
	Рабочая программа профессионального модуля «Выполнение работ по одной или нескольким профессиям» Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности...		Рабочая программа профессионального модуля подготовка машин, механизмов, установок Рабочая программа учебного модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее – фгос) по...
	Рабочая Учебная программа дисциплины Практикум Администратор гостиницы Рабочая учебная программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо по направлению (специальности) 071800. 62 «Социально-культурная...		Рабочая программа профессионального модуля пм. 03 Работа на контрольно-кассовой... Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего...
	Рабочая программа профессионального модуля пм. 02 «документирование... Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее...		Рабочая программа профессионального модуля выполнение работ по профессии «Водитель» Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее...

Рабочая учебная программа практико-ориентированного образовательного модуля «Доклиническая оценка безопасности инновационных биоподобных препаратов»

II.5.2.1.7 Рабочая программа дисциплины "Моделирование физиологических и патологических процессов in vitro и vivo"

Похожие: