Предлагается проведение комплекса исследований, лежащих на стыке физики, химии, биологии и медицины и направленных на разработку и апробацию новых физических методов имиджинга живых и фиксированных клеток для решения важнейших проблем современных биологии и медицины. Будут разработаны и апробированы высокоэффективные физические методы регистрации эндогенных и экзогенных молекулярных сенсоров: NAD, NADP, FAD, PpIX, хлорин е6, метиленовый синий, гематопорфирин, – со сверхвысоким временным (доли пс) и пространственным (десятки нм) разрешением в растворах и клетках, для изучения процессов переноса энергии в этих сенсорах. Исследования будут осуществляться на базе наиболее современных физических методов: фемтосекундной поляризационной флуоресцентной спектроскопии, спектроскопии накачка-зондирование, нелинейного флуоресцентного имиджинга со сверхвысоким пространственным разрешением, спектроскопии вынужденного комбинационного рассеяния, количественного фазового имиджинга и атомно-силовой микроскопии. Для интерпретации полученных результатов будут использоваться методы квантовой химии и молекулярной динамики. Будут исследованы морфологические и физиологические изменения в нормальных и опухолевых клетках в процессе их жизнедеятельности и при внешних воздействиях. Будут развиты количественные методы определения степени злокачественной трансформации клеток, в том числе их метастатического потенциала, методы мониторинга изменений, происходящих в опухолевых и неопухолевых клетках при терапевтических воздействиях, а также методы мониторинга и анализа биохимических реакций, происходящих во внутриклеточном микроокружении. Решение поставленных задач будет иметь большое фундаментальное значение для понимания внутриклеточных биохимических процессов, а также для разработки обоснованных критериев мониторинга окислительно-восстановительных реакций и энергетического метаболизма. Результаты предлагаемых исследований будут иметь важное практическое значение, поскольку в его рамках будет создан лабораторный прототип принципиально нового сканирующего спектрометра вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) для имиджинга живых клеток и тканей, обладающего уникальными характеристиками на мировом уровне. На основе результатов исследований может быть разработан новый метод ранней диагностики онкологических заболеваний и выявления метастатического потенциала опухолевых клеток. Также будут развиты высокоэффективные неинвазивные методы определения степени активации вакцинных дендритных клеток при создании противоопухолевых биомедицинских клеточных продуктов. Исследования будут осуществляться учеными из разных научных направлений под руководством одного из ведущих мировых экспертов в области лазерной биофизики и биомедицины, профессора J. Qu, директора Центра биомедицинской фотоники университета г. Шеньжень, президента колледжа физики и оптоэлектроники университета г. Шеньжень, КНР. В проекте будут задействованы три ведущие российские научные группы физического, биологического и медицинского профиля из: Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, Института цитологии и Института онкологии им. Н.Н. Петрова, г. Санкт-Петербург. В результате исследований будут созданы обоснованные модели фотофизических процессов, происходящих в клетках при биохимических реакциях, а также модели структурных изменений в клетках при внешних воздействиях. Понимание особенностей внутриклеточной динамики биохимических реакций, в которых участвуют эндогенные сенсоры, приведет к развитию усовершенствованных методов персонализированный диагностики злокачественных новообразований и к созданию менее токсичной для нормальных тканей терапии онкологических заболеваний. Полученные научные результаты будут находиться на мировом уровне и выше, они будут опубликованы в высокорейтинговых мировых научных изданиях и представлены на ведущих российских и международных конференциях.