Centrum Neurobiologii IBD PAN

Centrum Neurobiologii (CN) powstałe w ramach Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, funkcjonuje jako zespół otwartych laboratoriów środowiskowych (ang. Core Facilities), wzorując się na wiodącym na świecie modelu European Molecular Biology Laboratory (EMBL).

W ramach CN funkcjonują następujące otwarte pracownie badawczo-usługowe o zasięgu ogólnokrajowym oraz międzynarodowym:

Pracownia Obrazowania Struktury i Funkcji Tkankowych

Pracownia jest ukierunkowana na badanie budowy i funkcji struktur biologicznych na różnych poziomach organizacji: począwszy od obrazowania struktur subkomórkowych w wysokiej rozdzielczości, a skończywszy na badaniu przyżyciowym całych organów zwierzęcych. Pracownia zapewnia wykonywanie szerokiego zakresu badań przy użyciu mikroskopów zarówno optycznych jak i elektronowych i zastosowaniu różnorodnych metod obrazowania.

Wybrane techniki dostępne w Pracowni:

• trójwymiarowa mikroskopia korelacyjna CLEM – łączy w sobie wizualizację próbki w wysokiej rozdzielczości przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) z możliwością wielokanałowego obrazowania jej molekularnych właściwości, stosując konfokalną mikroskopię fluorescencyjną. Bieżące wykorzystanie tej metody obejmuje badanie morfologii synaps i kolców dendrytycznych w neuronach
• szybkie obrazowanie dynamicznych procesów komórkowych – użycie mikroskopu konfokalnego z dyskiem Yokogawy (Spinning Disc Confocal) umożliwia obrazowanie trójwymiarowe preparatu z prędkością do 20 zdjęć na sekundę. Mikroskop pozwala na badanie procesów sygnalizacji wewnątrzkomórkowej oraz interakcji pomiędzy poszczególnymi molekułami dzięki technice FRET, a także badanie zmian struktury organelli komórkowych (m.in. mitochondriów, jądra)
• obrazowanie in vivo – przy użyciu mikroskopu o dwufotonowym wzbudzeniu fluorescencji. Badania obejmują charakterystykę sieci neuronalnej w mózgu żywych gryzoni i jej zmiany podczas różnych procesów fizjologicznych. Dodatkowe urządzenia umożliwiają skorelowanie obrazu tkanki z elektrofizjologiczną aktywnością badanego obszaru
• wizualizacja interakcji pomiędzy cząsteczkami – dzięki użyciu mikroskopu konfokalnego z detektorami zliczającymi pojedyncze fotony jest możliwość pomiaru czasu życia fluorescencji (FLIM), anizotropii fluorescencji i spektroskopii korelacji fluorescencji (FCS). Planowane doświadczenia z użyciem tych technik zakładają pomiary interakcji pomiędzy cząsteczkami, pomiary aktywności metaloproteinaz w organie oraz badanie formowania kompleksów histonów z łańcuchami DNA
• mikroskopia super-rozdzielcza – przy użyciu zestawu technik można poprawić zdolność rozdzielczą mikroskopii konfokalnej poniżej limitu dyfrakcyjnego występującego w konwencjonalnej mikroskopii świetlnej. Bieżące zadania obejmują konstrukcję, optymalizację oraz biologiczne wykorzystanie wysokorozdzielczych technik takich jak PALM/STORM czy SIM
• mikroskop szerokiego pola dla przyżyciowych obserwacji komórek – umożliwia prowadzenie wielokanałowych sekwencji czasowych przy użyciu zarówno światła przechodzącego jak i metod fluorescencyjnych. System szybkiej zmiany filtrów fluorescencyjnych jest szczególnie przydatny dla pomiarów impulsów wapniowych. Mikroskop jest również wyposażony w optykę do obrazowania adhezji komórkowej metodą IRM (mikroskopia interferencyjno-odbiciowa); więcej informacji na stronie Pracowni.

Pracownia Modeli Zwierzęcych

W Pracowni Modeli Zwierzęcych wytwarzane i badane są modele zwierzęce, głównie myszy i szczury transgeniczne. Głównym celem prowadzonych badań jest określenie wpływu modyfikacji genetycznych na zachowanie i metabolizm badanego zwierzęcia. Pracownia jest wyposażona w nowoczesny sprzęt służący do produkcji genetycznie modyfikowanych zwierząt, a następnie do badania tak wytworzonych modeli.

Pracownia umożliwia prowadzenie doświadczeń obejmujących m.in.:

• produkcję wektorów wirusowych (lenti oraz AAV) i zwierząt transgenicznych
• długoterminowe badania metaboliczne – w klatkach metabolicznych umożliwiających ciągły (przez kilka tygodni) pomiar parametrów takich jak pośrednia kalorymetria, aktywność fizyczna XYZ, pobór pokarmu i wody oraz masę ciała
• badania nad uczeniem się i pamięcią – za pomocą badań w klatkch Intelli-Cage, w których myszy badane są w grupach socjalnych przy ograniczonym wpływie eksperymentatora

Pracownia Neurobiologii Molekularnej

Prowadzone w pracowni badania skupiają się na identyfikacji i funkcjonalnej analizie szlaków sygnałowych, transkrypcyjnych i epigenetycznych mechanizmów ekspresji genów w mikrogleju i komórkach nowotworowych glejaka. Silna współpraca ze szpitalami i wykorzystanie zaawansowanych modeli eksperymentalnych umożliwiają  prowadzenie tu innowacyjnych badań nad nowymi metodami terapeutycznymi, które w przyszłości mogłyby potencjalnie znaleźć zastosowania kliniczne w terapiach glejaka.

Pracownia oferuje usługi z zakresu obejmują: transkryptomiki, immunoprecypitacji chromatyny  (ChIP), sortowania komórek immunologicznych z tkanek nowotworowych, i sekwencjonowania nowej generacji,  w tym:

• izolowanie czystych hodowli glejowych
• wysokoprzepustowe testowanie związków o aktywności przeciwnowotworowej
• wysokoprzepustowe badanie globalnej i specyficznej ekspresji genów (mikromacierze ekspresyjne, ilościowy PCR, RNA-seq)
• wysokoprzepustowe badanie profili ekspresji cytokin
• wysokoprzepustowe badanie profili modyfikacji epigenetycznych
• sekwencjonowanie całych genomów

Pracownia Badań Przedklinicznych o Podwyższonym Standardzie

Pracownia jako jedna z nielicznych w Europie, oferuje możliwości przeprowadzenia specjalistycznej przedklinicznej weryfikacji nowych potencjalnych terapii chorób układu nerwowego, zwłaszcza chorób neurodegeneracyjnych, a także terapii chorób nowotworowych. Oferta laboratorium skierowana jest do naukowców z Instytutu Nenckiego i innych ośrodków badawczych w kraju i za granicą oraz do kontrahentów komercyjnych. Badania są prowadzone na bazie współpracy lub kontraktu.

Badania usługowe realizowane w Pracowni obejmują:

• projektowanie i koordynację badań przedklinicznych
• testy substancji o aktywności neuroprotekcyjnej lub antynowotworowej w hodowlach komórkowych in vitro
• badania toksykologiczne: preparatyka histologiczna i analiza histopatologiczna tkanek zwierzęcych
• badania farmakokinetyczne w modelach mysich
• utrzymanie linii komórkowych i myszy w eksperymencie
• zakładanie i prowadzenie pierwotnych hodowli mysich neuronów hipokampalnych i korowych
• otrzymywanie standardowych i nowych mysich modeli chorób neurodegeneracyjnych i nowotworowych (modyfikacje farmakologiczne, przeszczepianie komórek immunodefetywnym myszom)
• analizę mechanizmu działania substancji aktywnych, w tym wysokoprzepustowa analiza poziomu białek w lizatach komórkowych (TurboTM immunoblotting)

Pracownia Obrazowania Mózgu

Pracownia udostępnia szeroki zakres usług obrazowania mózgu za pomocą techniki rezonansu magnetycznego dla badań neuropsychologicznych, klinicznych oraz farmakologicznych. Tematyka obecnie prowadzonych projektów dotyczy procesów poznawczych (uwagi, pamięci, czytania, stresu oraz emocji).

Realizowane w Pracowni badania obejmują m.in.:

• badania funkcjonalne mózgu w oparciu o techniki BOLD (fMRI); pełne zaplecze do badań w modalności słuchowej i wzrokowej
• badania morfologiczne głowy MRI
• bezkontrastową angiografię oraz obrazowanie perfuzji (ASL): generowanie map cerebral blood flow (CBF), cerebral blood volume (CBV), mean transit time (MTT) i time-to-peak (TTP)
• obrazowanie tensora dyfuzji (DTI), do 256 kierunków, b≤10 000 s/mm2
• spektroskopię protonową (pojedynczego woksela i CSI)
• spektroskopię protonową MEGA-PRESS do nieinwazyjnego pomiaru poziomu neuroprzekaźników: kwasu gamma-aminomasłowego (GABA) i kwasu glutaminowego (Glu)

Pracownia Bioinformatyki

Pracownia Bioinformatyki pełni funkcję środowiskową – zapewnia przetwarzanie wyników technik wielkoskalowych, takich jak: mikromacierze, sekwencjonowanie nowej generacji, spektrometria mas; oraz pomoc w ich interpretacji, poprzez analizę statystyczną i integrację w szerszym kontekście Biologii Systemowej.

Prowadzone prace skupiają się na przetwarzaniu dużych zbiorów danych genomicznych i ekspresyjnych oraz stosowaniu narzędzi bazodanowych i metod uczenia maszynowego, w środowiskach języków skryptowych (R, Python, Mathematica, SQL), w celu odpowiedzi na pytania natury biologicznej, przede wszystkim z dziedziny biologii komórki i neurobiologii. Pracownia utrzymuje bazę danych Nencki Genomics Database – zawierającą dane o obszarach i motywach regulatorowych człowieka, myszy i szczura.

Pracownia wyposażona jest w systemy komputerowe z oprogramowaniem:

• Python (Python Software Foundation, USA).
• R (R Foundation for Statistical Computing, Austria).
• Mysql (Oracle Corporation, USA).
• Ubuntu (Canonical Ltd, Wyspa Man.
• Mac OS X (Apple, USA).
• Matlab (MathWorks, USA).
• Mathematica (Wolfram Research, USA).
• ESXi (VMWare, USA).