Медицинская биофизика: молекулы и болезни

Цель данного курса лекций заключается в изучении слушателями базовых понятий современной медицинской биофизики: биофизики, биохимии и нанобиотехнологии, её основных достижений в связи с проблемами современной молекулярной патофизиологии. Будут рассмотрены основы молекулярных процессов, методов и методологических подходов, реализуемых в современной медицинской биофизике и нанобиотехнологии.

Слушатели узнают, что такое ионные каналы, ионные транспортеры, насосы, свободно-радикальные процессы, а также как используются современные методы медицинской биофизики для диагностики различных заболеваний (ишемия, атеросклероз, онкология и др.).

Курс состоит из пяти блоков. Первый блок посвящён изучению структуры и функциональной роли ионных каналов в формировании возбуждения при патологии. Во втором блоке даётся описание молекулярной структуры и роли ионных переносчиков в системных заболеваниях человека и животных. Третий блок посвящён роли активного транспорта ионов, ферментов и ионных АТФаз в формировании патологии. В четвёртом блоке обсуждается важная роль свободно-радикальных процессов при патологии и действии антропогенных факторов. Пятый блок даёт ответы на вопросы внедрения современных физических методов в диагностику ряда патологий.
Курс ориентирован на магистров и аспирантов биологических и медицинских специальностей.

Форма обучения заочная (дистанционная).
Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видеолекций и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов. Важным элементом изучения дисциплины является написание творческих работ в формате сочинения-рассуждения по заданным темам, которое должно содержать полные, развёрнутые ответы, подкреплённые примерами из лекций и/или личного опыта, знаний или наблюдений.

Раздел 1. Представлены современные методы и оригинальные результаты, характеризующие важную роль потенциал-зависимых и лиганд-оперируемых ионных каналов в формировании возбуждения клетки, генерации потенциалов действия в норме и при патологии. Анализ ионных токов, активности каналов и состояния мембраны при проведении возбудимой клеткой серии импульсов. Роль следовых потенциалов. Активация ритмоводителей в нейронах при термо-, хемо- и механостимуляции.

Раздел 2. Представлена молекулярно-биологическая и функциональная классификация ионных переносчиков. Обсуждается термодинамика и кинетика ионных переносчиков, а также их физиологическое значение. Анализируется универсальная роль натрий-калий-хлор-котранспорта как регулятора сосудистого тонуса, переносчиков нейротрансмиттеров и их рецепторов в клетках нервной системы, роль хлор-сопряжённых транспортеров в функционировании нейронов и слухового аппарата и в патогенезе гипертонической болезни.

Раздел 3. Мембранный насос — транспортная АТФаза: классификация мембранных АТФаз (АТФазы Р-типа, V(F)-типа, АBC-типа), их локализация и функции. Рассмотрена структура АТФаз Р-типа, их эволюция, механизм функционирования на примере Na, K-АТФазы, значение кардиотонических стероидов в развитии патологий. Обсуждается роль малоизвестных АТРаз Р-типа в развитии патологии (болезнь Коновалова-Вильямса). Н, K-АТРазы, их разнообразие и роль в секреции соляной кислоты в желудке, лекарственные препараты — ингибиторы Н, K-АТРазы и их участие в лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта. Cа-АТРаза эндоплазматического ретикулума, структура и механизм функционирования, её роль в физиологии и патологии. Функции АТФаз АВС-типа: устойчивость к лекарственным препаратам. АТФазы V-типа: сравнение с АТФазами F-типа, структура, функции, распределение фермента в клетке и патологии. АТФазы V-типа: роль фермента в развитии остеопороза, формировании метастазов, развитии иммунного ответа лимфоцитов.

Раздел 4. Свободно-радикальные процессы при патологии. Роль активных форм кислорода. Цепные реакции. Антиокислительный статус: ферменты и основные антиоксиданты. Роль супероксиддисмутазы и каталазы при патологии сердечно-сосудистой системы, онкологии и гормональных сдвигах.

Раздел 5. Современные методологии и методы медицинской биофизики. Оптическая когерентная томография (ОКТ): применение и принцип. Применения новой модификации ОКТ, кросс-поляризационной ОКТ для качественной и количественной оценки состояния основных структурных компонентов атеросклеротической бляшки и выявления среди них нестабильных («уязвимых») бляшек. Применение ОКТ изображения бляшек, разработка и применение новых способов количественной оценки рассеивающих и поляризационных характеристик тканей кожи. Методы спектроскопии комбинационного рассеяния, пикосекундной флуориметрии, атомно-силовой микроскопии, конфокальной микроскопии, а также рассеяния наноразмерных комплексов и регистрации активности ферментов (натриевый насос). Наноплазмоника и СЕРС в биомедицинских исследованиях.

В результате изучения данного курса слушатели должны:

• получить представление о медицинской биофизике как науке, об особенностях объекта исследования, методологии и дизайне проведения эксперимента;
• выучить базовые понятия биофизики, биохимии и патофизиологии, уметь анализировать результаты современных достижений молекулярной биологии в области биомедицинских исследований;
• освоить принципы и методологию использования физико-химических подходов в биомедицине и нанобиотехнологии;
• получить представление об основных молекулярных процессах при патологии, действии антропогенных факторов и стрессе.