МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"

Института Аспирантуры и Докторантуры ННГУ

Исследовательской школы «Нейробиотехнологии»

Рабочая программа

Дисциплины

“Современные методы визуализации в нейробиологии” Направление подготовки по специальности 03.01.02 «Биофизика» и 01.04.03 «Радиофизика»

Нижний Новгород 2012 1. Цели освоения дисциплины Основной целью дисциплины “Современные методы визуализации в нейробиологии” является освоение методов иммуноцитохимического окрашивания и прижизненного изучения кальциевого гомеостаза, понимание аспирантами существующих в настоящее время методов изучения процессов жизнедеятельности и функционирования клеток центральной нервной системы. Эта цель достигается путем изучения теоретических основ некоторых, наиболее распространенных методов визуализации и применение полученных знаний в ходе практических работ. В процессе освоения модуля обучающийся должен получить практические навыки по выполнению иммуноцитохимических исследований и изучению кальциевого гомеостаза клеток, овладеть основами работы с лабораторным оборудованием и прикладными программами.

2. Место дисциплины в структуре ООП Данная дисциплина относится к группе дисциплин по выбору аспиранта образовательной компоненты основной образовательной программы послевузовского профессионального образования (в соответствии с Федеральными государственными требованиями).

Перед изучением курса студент должен освоить следующие дисциплины:

- Основы иммунологии;

- Молекулярная биология;

- Физиология высшей нервной деятельности.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-1 «способен к творчеству и системному мышлению», ОК-3 «способен к адаптации и повышению своего научного и культурного уровня», ОК-6 «способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности», ОК-12 «работать на компьютере и в компьютерных сетях, использовать универсальные пакеты прикладных компьютерных программ», ПК-1 «понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представления в сфере профессиональной деятельности для постановки и решения новых задач», ПК-2 «знает и использует основные теории, концепции и принципы в избранной области деятельности, способен к системному мышлению», ПК-4 «демонстрировать знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных механизмов жизнедеятельности», ПК-6 «творчески применяет современные компьютерные технологии при сборе, хранении, обработке, анализе и передаче биологической информации», ПК-9 «профессионально оформляет, представляет и докладывает результаты научноисследовательских и производственно-технологических работ по утвержденным формам», ПК-13 «самостоятельно использует современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности, для сбора и анализа биологической информации», СК-4 «оперировать знаниями молекулярной, белковой, метаболической, клеточной инженерии».

Программа дисциплины «Современные методы визуализации в нейробиологии» необходима студентам для различных сфер деятельности, связанных с исследовательской и научной работой.

3. Требования к результатам освоения курса В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

Принципы методов иммуноцитохимических исследований и прижизненного кальциевого имиджинга;

Знать основные понятия иммунологии, молекулярные механизмы реакций антитела с антигеном Иметь представление (навыки) о методах изучения молекулярных процессов с помощью иммуноцитохимического окрашивания Знать основные подходы к изучению прижизненного кальциевого гомеостаза эукариотической клетки иметь представление о методах оценки изменения концентрации кальция в клетках нервной системы Уметь:

Самостоятельно, использую интернет ресурсы, осуществлять подбор антител для проведения различных иммуноцитохимических исследований самостоятельно проводить полное иммуноцитохимическое окрашивание с использованием флюорисцентных меток для визуализации полученных результатов проводить исследование кальциевого гомеостаза клеток нервной системы использовать общее и специализированное лабораторное оборудование Владеть: терминологией применяемой при использовании иммуноцитохимического окрашивания и кальциевого имиджинга в нейробиологических исследованиях.

4. Структура и содержание курса Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетная единица 36 часов.

Виды учебной работы, вклю- Формы текуРаздел чая самостоятельную работу щего контроля Неделя семестра № Дисциплины студентов и трудоемкость (в успеваемости Семестр п/п часах) (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) исследований демаскирование антигенных детеминант тохимических реакций гомеостаза эукариотических клеток п/п ла дисциплины Основные принципы Понятия: антиген, антитело, формирования антительного иммуноцитохимических иммунного ответа на антиген, реакции антиген-антитело.

исследований Строение антитела. принцип метода иммуноцитохимического окрашивания. Основные этапы развития иммуноцитохимического метода. Этапы проведения иммуноцитохимического исследования. Области применения иммуноцитохимического метода, ограничения в применении метода.

Основные способы обе- Фиксация. Основные способы фиксации образца для печения сохранности и проведения иммуноцитохимичесих исследований. Основные демаскирование анти- используемые в настоящее время фиксаторы. Достоинства и генных детеминант недостатки каждого класса фиксаторов. влияние фиксации на Основные способы ви- Контроль специфичности иммуноцитохимического зуализации иммуноци- окрашивания. Способы визуализаци результатов тохимических реакций иммуноцитохимических реакций: флюорохромы, Прижизненное иссле- Роль ионов кальция в регуляции жизнедеятельности клетки.

дование кальциевого Основные флуоресцентные кальциевые зонды. Кальциевые гомеостаза эукариоти- зонды группы Fluo. Флуоресцентные кальциевые зонды ческих клеток группы Rhod. Кальциевые зонды Calcium Green, Calcium Используются традиционные и новые оригинальные методики: лекция, проблемная лекция, компьютерная презентация, лабораторная работа.

При освоении дисциплины образовательный процесс включает теоретическую подготовку студентов. Проведение лекций направлено на теоретическую студентов и базируется на использовании иллюстративного материала в форме слайдов, и анимационных фильмов. Лабораторные занятия связаны с прибретением опыта профессиональной деятельности и с формированием поведенческой модели – когда студент способен самостоятельно сориентироваться в ситуации и квалифицированно решить стоящие перед ним задачи. Предусматривается широкое использование активных и интерактивных форм приобретения новых знаний. Семинарские занятия включают метод «Дельфи» - поиска решений в процессе «мозговой атаки», проводимой группой студентов, и отбора лучшего решения исходя из экспертных оценок. В обязательном порядке предусматривается самостоятельная работа студентов с возможностью доступа к Интернет-ресурсам.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Самостоятельная работа студентов включает работу в читальном зале библиотеки, в учебных кабинетах (лабораториях) и в домашних условиях, с доступом к ресурсам Интернет. Самостоятельная работа студентов подкреплена учебно-методическим и информационным обеспечением, включающим учебно-методические пособия, конспекты лекций.

Формы и методы контроля и оценки результатов освоения модулей приведены в таблице:

Основные принципы им- росе и обсуждениях, выполмуноцитохимических ис- нение практического задания следований по непрямому иммуноцитохимическому окрашиванию.

Основные способы обепе- росе и обсуждениях, выполчения сохранности и дема- нение практического по исскирование антигенных де- следованию влияния фиксатеминант торов на морфологическую росе и обсуждениях, выполОсновные способы визуанение практического задания лизации иммуноцитохимипо постановке негативных ческих реакций Прижизненное исследовапо окрашиванию клеток мозние кальциевого гомеостаза 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение курса а) основная литература:

1. Угрюмов М.В. Современные методы иммуноцитохимии и гистохимии. М. - 1991. 115 с.

2. История имуноцитохимии. Обзорные статьи - www.biovitrum.ru 3. Разведение антител в иммуноцитохимии. Хранение и использование антител medicalplanet.su 4. Эндрю Р. Хериет, Кевин С. Гаттер Иммуноцитохимия: световая микроскопия // электронный журнал Лаборатория экспериментальной патоморфологии - www.

histopathology.narod.ru 5. Авдонин П.В., Ткачук В.А. Рецепторы и внутриклеточный кальций. – М.: Наука, 1994. с.

6. Paredes.M., Etzler J.C., Watts L.T., Zheng W., Lechleiter J.D. Chemical calcium indicators // Methods. - 2008. - Vol. 46. - P. 143-151.

7. Флуоресцентные кальциевые индикаторы - обзорные статьи, практические руководства - www. invitrogen.com 8. Calcium signals and mitochondrial dynamics - www.olympus.com 9. Ведунова М.В.Иммуноцитохимические методы исследований в клеточных культурах и тканях. Учебно-методическое пособие ННГУ - 2011г. 31с.

10. Митрошина Е.В., Ведунова М.В. Кальциевый имиджинг в клеточных культурах и тканях. Учебно-методическое пособие ННГУ - 2011г. 27с.

б) дополнительная литература:

1. Коржевский Д. Э., Петрова Е. С., Кирик О. В., Безнин Г. В., Сухорукова Е. Г. Нейрональные маркеры используемые при дифференцировки стволовых клеток// Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. — 2010. — Т. 5, № 3.

2. Коржевский Д.Э., Гиляров А.В. Морфология, 2007, т.131, №2, с.75-76.Морфология, 2007, т.131, №2, с.75-76.Ядерный белок NeuN в амилоидных тельцах головного мозга человека// Морфология, 2007, т.131, №2, с.75-76.

3. Подгорный О.В. Дифференцировка и поведение нейральных стволовых клеток человека в культуре ткани и при трансплантации в головной мозг крыс - диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук - М. 2006, 171 с.

4. Подгорный О.В., Полтавцева Р.А., Марей М.В., Сухих Г.Т., Александрова М.А. Формирование нейроэпителиальных структур в культуре нейральных стволовых клеток мозга человека// Клеточные технологии в биологии и медицине. № 3. 2005, С. 131-135.

Кольман Я., Рем К.- Г. Наглядная биохимия. - М.: Мир, 2000. - 469 с.

5. Aponte Y., Bischofberger J. and Jonas P. Efficient Ca2+ buffering in fast-spiking basket cells of rat hippocampus // J Physiol. – 2008. – Vol. 586.- Is. 8. – P. 2061–2075.

6. G. Grynkiewicz, M. Poenie, and R. Y. Tsien. A New Generation of Ca2+ Indicators with Greatly Improved Fluorescent Properties // The J. of Biol.Chemistry. - 1985. - Vol. 260.- №6.Is. 25. -P. 3440-3450.

Интернет-ресурсы:

www.elibrary.ru www.ncbi.nlm.nih.gov www. scholar.google.com 8. Материально-техническое обеспечение курса В учебном процессе необходимы:

1. Дозаторы объема 1-10 мкл, 20-200 мкл, 100-1000 мкл 2. Оптический комплекс, включающий: флюорисцентный или конфокальный микроскоп;

камеру, способную фиксировать флюорисценцию с микрообъектов; компьютер с програмным обеспечением.

3. Холодильник 2-4 С.

4. Реактивы: первичные и вторичные антитела, фосфатный буфер, тритонХ100, твин 20, бычий сывороточный альбумин.

Автор к.б.н., старший научный сотрудник _ М.В.Ведунова Руководитель школы, зав. каф. нейродинамики и нейробиологии, д.ф.-м.н. _В.Б. Казанцев