ИТЭБ РАН

142290, г. Пущино
Московской обл.
ул. Институтская, 3
Тел. (495) 632-78-69
Факс: (4967) 33-05-53
E-mail: office@iteb.ru
Сайт: web.iteb.psn.ru

Поиск
Библиотеки
ЦБП - Центральная Пущинская Библиотека
MEDLINE - National Center for Biotechnology Information National Library of Medicine/National  Institutes of Health
БИОЛОГИЯ - Информация по биологии в поисковой системе YAHOO


Сектор моделирования и анализа электрической активности сердца
Баум Олег Валентинович - рук. сектора, кандидат физико-математических наук, чл.-корр. Международной Академии информатизации
Баум Олег Валентинович 95

95 30 034 2009 05.05.2009 1985-1990. В соответствии с договором между ИБФ АН СССР и НПО “Альтаир” разработан оригинальный комплекс программ “АСИК-ЭКС” для морфологического анализа и синдромальной идентификации сигналов ортогональной системы отведений. Исследования программ проведены на материале ранее созданного автоматизированного архива ИБФ АН СССР [Асеева Л.Г., Баум О.В., Орлова Л.И., Попов Л.А. и др. Опыт создания автоматизированного электрокардиографического архива при эксплуатации исследовательской системы. – Проблемы автоматизации в медицине (под ред. М.В. Пачина и Ю.Г. Антонова). М.: МОНИКИ, 1983, 14-18] с учетом результатов собственных и совместных исследований в рамках международного проекта “Электрическое Поле Сердца”. На комплекс программ получено положительное заключение экспертизы ВНИИМТ МЗ СССР. Архив послужил прототипом Базы данных электрокардиосигналов (ЭКС) в стандартной и ортогональной системах отведений, созданной в секторе позже на базе исследовательской системы “Уран” в ФГУ ГНИЦПМ Росмедтехнологии. 1991-1995. Исследованы вопросы измерения и автоматической классификации электрокардиограмм по Миннесотскому и Вашингтонскому кодам. Реализованная программа классификации прошла апробацию в ФГУ ГНИЦПМ [Baum O., Popov L., Prilutskaja S., Voloshin V., Murumtseva G., Shalnova S. Computer program for the automatic ECG classification in terms of Minnesota and Washington codes. – XXI Int. Congress on Electrocardiology. Yokohama, 1994, 60, Baum O.V., Voloshin V.I., Popov L.A., Prilutskaya S.K. Measurement and Automatic Classification of Electrocardiograms According to the Minnesota and Washington Codes. – Measurement Techniques, 1994, 37, 11, 1313-1319]. 1991-1995. Предложена концепция системы компьютерной кардиодиагностики нового типа, в основу которой заложена идея “консилиума алгоритмов” трех поколений (формализующих врачебную логику, использующих вероятностные критерии распознавания образов и интерпретирующих электрическую активность сердца в терминах биофизических моделей) [Baum O., Voloshin V., Popov L., Prilutskaya S., Senchenkov E. "EPOS-D" - the model of the cardiodiagnostic system of a new generation. – 19th Intern. Congress on Electrocardiology. Lissboa, 1992, 40]. В рамках этой концепции разработана первая версия (в среде MS-DOS) пакета прикладных программ “Консультант электрокардиолога”, включая модифицированные программы автоматической классификации электрокардиограмм по Миннесотскому и Вашингтонскому кодам. Одна из версий пакета с Базой данных реальных ЭКС эксплуатируется в Отделе массовых обследований ФГУ ГНИЦПМ Росмедтехнологии в составе исследовательской системы “Уран”. 1996-2000. На верифицированном материале Базы данных реальных ЭКС получены (на основе решения матричных уравнений) практически важные оценки сохранения диагностической информации при использовании методов синтеза ЭКГ-сигналов одной системы отведений из сигналов, измеренных в другой системе [Baum O.V., Popov L.A. Retention of the Diagnostic Information when Synthesizing ECG Signals of a Lead System from Signals Measured under Another Lead System, – Measurement Techniques, 1997, 40, 3, 180-187, Baum O.V., Popov L.A., Voloshin V.I., Kochetkova O.D. Retention of the Diagnostic Information when Synthesizing the Standard System ECG Signals from the Signals Measured under the Frank Orthogonal Lead System: The Minnesota Code Criteria. – Measurement Techniques, 1997, 40, 4, 396-400, Baum O.V., Popov L.A., Voloshin V.I., Kochetkova O.D. Retention of the Diagnostic Information when Synthesizing the ECG Signals of the Frank Orthogonal Lead System from the Signals Measured under the Standard Lead System: The Washington Code Criteria. – Measurement Techniques, 1997, 40, 10, 1011-1016]. 1996-2000. Характерные особенности алгоритмов кардиодиагностики, решающих обратную задачу электрокардиологии, рассмотрены с точки зрения возможности их использования в режиме “консилиума” при интерактивном творческом участии врача в диагностическом процессе для определения электрофизиологического состояния сердца. Объединяющим началом для консилиума должна стать понятная врачу-кардиологу модель генеза ЭКС, работающая в режиме генератора выборки, а также база данных эталонных модельных и реальных ЭКС. Проведен анализ корректности некоторых алгоритмов синдромальной диагностики с фиксированными порогами (типа логического дерева или набора импликаций с последующими исключениями и поглощениями для конкретных нозологий). Консилиум алгоритмов разных поколений должен представлять собой многоступенчатую логику анализа значений измеренных параметров ЭКС и близости их к порогам идентификации в рамках каждого алгоритма, последовательных обращений к модели и базе данных эталонных ЭКС, предъявления врачу результатов отдельных шагов в образно-содержательных терминах и формулирования ключевых вопросов с оценкой степени вероятности каждого из альтернативных ответов [Baum O.V., Popov L.A., Voloshin V.I., Kotchetkova O.D., Muromtseva G.A. Consilium of diagnostic algorithms in the systems of computer cardiac diagnostics. – Electrocardiology`98 (Ed. Istvan Preda). Singapore etc.: World Scientific, 1999, 109-112, Baum O.V. Consilium of diagnostic algorithms in computer electrocardiology: General conception. – XXVI International Congress on Electrocardiology. Syktyvkar: Publishing house of KSC, UD of RAS, 1999, 12]. 1996-2000. Предложена концепция компьютерной системы баз данных реальных, модельных и экспериментальных электрокардиосигналов для информационного обеспечения фундаментальных и прикладных исследований в области биофизики электрического поля сердца [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. База данных реальных, модельных и экспериментальных электрокардиосигналов. – II Съезд биофизиков России. Т. II. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999, 387]. 2001-2005. Проведена теоретическая оценка возможности идентификации мелкоочаговых интрамуральных некрозов различной локализации. Эта возможность определяется, в первом приближении, временем охвата возбуждением граничной поверхности области некроза (т.е. временем существования незамкнутого эквивалентного двойного электрического слоя, которое зависит от линейных размеров очага, ориентации фронта волны возбуждения и скорости ее распространения), а также телесным углом, под которым контур области некроза наблюдается из точки отведения, и техническими характеристиками (чувствительностью и полосой пропускания) регистрирующих устройств. Результаты моделирования мелкоочаговых некрозов на модели высокого разрешения показывают наличие характерных изменений ЭКС на протяжении модельного комплекса QRS при их скалярной и векторной интерпретации и могут быть использованы при дальнейшем развитии модели в алгоритмах динамического наблюдения за параметрами ЭКС. 2001-2005. В терминах модели электрической активности сердца проведен теоретический анализ и выполнены компьютерные эксперименты по проверке гипотез о механизмах возникновения изменений реполяризационной части кардиоцикла и их количественной оценке с помощью разработанных алгоритмов математического описания рисунка ST-T интервала. Изменения формы и длительности кривых ТМПД, а также задержек и порядка их генерации в модели электрической активности сердца приводят к изменениям формы ST-T интервала, в частности к изменению рисунка сегмента ST, детальное описание формы которого обязательно используется во всех алгоритмах, формализующих врачебную логику, для выявления сердечной патологии. В то же время, используемые в медицинской практике нечеткие описания сегмента ST затрудняют оценку стадии его патологических изменений и, тем более, наблюдение за динамикой нарушений процесса реполяризации в желудочках сердца. На случайной выборке наборов ЭКС в стандартной системе отведений из базы данных “Уран” исследована возможность аппроксимации сегмента ST параболической кривой с целью определения критериев классификации коэффициентов аппроксимирующей кривой для уточнения врачебных заключений о форме ST-сегмента. Квадратичная аппроксимация практически всегда адекватно (в аппроксимационном смысле) описывает форму ST-интервала. для алгоритмов количественного описания формы ЭКС в системах кардиодиагностики. 2001-2005. В результате реализации проекта по гранту РФФИ “Модельные и экспериментальные исследования алгоритмов измерения, обработки и распознавания параметров электрического поля сердца с целью идентификации электрофизиологического состояния мышцы миокарда” (проект № 01-01-97003) и последующих исследований (2006-2007 г.г.) предложено понятие “обобщенных границ” интервала QT и его составляющих интервалов QTa и TpTe и разработаны алгоритмы их автоматического распознавания и измерения при многоканальной синхронной регистрации ЭКС. Исследовательская версия программы определяет более двухсот параметров кардиоцикла (амплитудных, временных, интегральных, векторных), используемых в современных системах идентификации электрофизиологического состояния сердца или потенциально полезных для их развития. Биофизически осмысленный подход к вопросам генеза ЭКС позволил получить несколько новых потенциально информативных параметров количественной оценки динамики ЭКС [Muromtseva G., Popov L., Baum O., Voloshin V., Prilutskaya S. Ventricular repolarization in normal and abnormal cardiac conditions in terms of generalized QTa and TpTe electrocardiographic intervals. – Electrocardiology ‘2008 (in press)]. 2001-2009. На основе разработанной в секторе ранее модели генеза электрокардиосигналов [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. Биофизические модели электрической активности сердца. – Биофизика, 2006, 53, 6, 1069-1087], которая связывает анатомические, физиологические и биофизические параметры сердца с параметрами потенциального рельефа на виртуальных поверхностях измерения, реализована первая версия “Системы компьютерного моделирования электрической активности сердца”. Система, построенная в среде Windows по модульному принципу, развивается по мере получения новых данных о сердце (с сохранением гипотез высшего уровня) и является инструментом для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области биофизики электрической активности сердца на основе наукоемких компьютерных технологий [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. Реализация биофизических моделей электрической активности сердца. – Биофизика, 2009, 54, 1, 97-113]. Архив параметров сердца позволяет исследователю “конструировать” необходимый вариант моделируемого объекта (реализовано для желудочков сердца) и, задавая биофизические характеристики миокарда, изучать картину “событий” в сердце и параметры его электрического поля, включая параметры эквивалентного кардиогенератора, в зависимости от изменения интракардиальных параметров по отношению к их исходной совокупности, принимаемой за “условную норму”. Аналитическое описание геометрии поверхностей эпикарда и эндокарда желудочков сердца дает возможность менять конфигурацию модели, имитируя изменения формы сердца, например, при гипертрофии, а режим редактирования трехмерной матрицы дискретных элементов позволяет имитировать гетерогенность миокарда и локальные особенности формы. Система моделирования может, по мере своего развития, использоваться также при создании программ компьютерного образования в области биофизики сердца и теоретической электрокардиологии. 2006-2009. С помощью методов мультипольного разложения потенциала получены интегральные характеристики электрической активности препаратов возбудимого миокарда (“Псевдо-ЭКГ” и “Псевдо-МЭППИНГ”) для определения типа вызванной тахикардии в экспериментах по определению механизмов нарушения сердечного ритма [Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.И. Построение виртуальной мультипольной Псевдо-ЭКГ препаратов миокарда в физиологическом эксперименте по измеренным значениям электрограмм. – Измерительная техника, 2007, № 12, 57-62]. 2006-2009. В рамках научно-технического сотрудничества ИТЭБ-ГНИЦПМ сектор передал в ФГУ ГНИЦПМ Росмедтехнологии новые модули программ оценки параметров реполяризации в стандартных и ортогональных отведениях для системы “УРАН”. Переданные модули, разработанные на основе результатов реализации проекта РФФИ № 01-01-97003, предназначены для проведения собственных и совместных научных исследований. Результаты исследований, полученные на материале постоянно пополняющейся Базы данных ЭКС, представлены на Российских национальных конгрессах кардиологов (Москва, 2005-2007 г.г.), на II Всероссийском конгрессе “Клиническая электрокардиология” и IX конгрессе российского общества холтеровского мониторирования и неинвазивной электрофизиологии (Суздаль, 2008 г.), а также на международных конгрессах и симпозиумах (Int. Conference of the Int. Soc. on Computerized Electrocardiology, Niagara-on-the-Lake, Canada, 2006, XXXIV Int. Congress on Electrocardiology, 48th Int. symposium on Vectorcardiology, Istanbul, Turkey, 2007, Int. symposium “Biological Motility: Achievements and Perspectives”, Pushchino, 2008, XXXV Int. Congress on Electrocardiology, St. Petersburg, 2008). 2006-2009. В соответствии с Договором о научном сотрудничестве (2007-2009 г.г.) между ИТЭБ РАН и Институтом нормальной и патологической физиологии Словацкой АН (Братислава, Словакия) по теме “Моделирование и компьютерный анализ электрической активности сердца (фундаментальные и прикладные аспекты)” в рамках межправительственного Соглашения о научном сотрудничестве между РАН и САН разработаны методы оценки адекватности моделируемого сердца согласно критерию реальности процесса распространения возбуждения в модели по сравнению с имитируемым физиологическим экспериментом или состоянием сердца. Получены результаты, имеющие значение для понимания механизмов генеза и пространственно-временной организации экстраклеточного кардиоэлектрического поля при развитии гипертрофии левого желудочка различных локализаций [Baum O.V., Voloshin V.I., Popov L.A., Muromtseva G.A., Szathmá,ry V., Ruttkay-Nedecký, I., Bacharova L. Relation between QRS vector and myocardium mass of the left ventricle under development of hypertrophy: Computer modeling and real measurements. – Biological Motility: Achievements and Perspectives (Eds. Z.A. Podlubnaya and S.L. Malyshev). V. II. Pushchino: Foton-Vek, 2008, 292-295]. 2006-2009. Выполнен договор о научном сотрудничестве (2006-2007 г.г.) между ИТЭБ РАН, ФГУ ГНИЦПМ и ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс (РКНПК) Росмедтехнологии по теме “Усовершенствование электрокардиографических критериев распознавания гипертрофии левого желудочка у больных артериальной гипертонией”. Сформирована объединенная База данных эхо-верифицированных ЭКГ здоровых индивидуумов и больных артериальной гипертонией. Для сформированных выборок ЭКГ получены амплитудные параметры ЭКС в 12 общепринятых отведениях и проведен их статистический анализ для нормы и гипертрофии левого желудочка (ГЛЖ) в зависимости от пола, возраста и роста пациентов, индекса массы миокарда, индекса массы тела. Опубликована совместная статья [М.М. Салтыкова, Г.А. Муромцева, О.В. Баум и др. Влияние пола на информативность различных ЭКГ-критериев ГЛЖ у больных с избыточной массой тела. – Кардиология, 2008, 5, 23-26]. Получен патент на изобретение (№ 2344754) “Способ электрокардиографической диагностики гипертрофии миокарда левого желудочка у больных с избыточной массой тела” [М.М. Салтыкова, Г.А. Муромцева, О.В. Баум и др. – Бюллетень “Изобретения. Полезные модели” (ISSN 1683-2019), 2009, № 3, Часть 4, 1071]. На основе методов математического и компьютерного моделирования электрической активности сердца в секторе получены научные результаты, имеющие значение для понимания фундаментальных механизмов генеза и пространственно-временной организации экстраклеточного кардиоэлектрического поля, а также для биофизического обоснования и оптимизации методов неинвазивной идентификации электрофизиологического состояния мышцы миокарда: – a. Разработана биофизическая модель электрической активности сердца и генеза экстраклеточных электрокардиосигналов (ЭКС), связывающая анатомо-физиологические и электрофизиологические характеристики сердечной мышцы с параметрами потенциального рельефа на торсе и виртуальных поверхностях измерения [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. Биофизические модели электрической активности сердца. – Биофизика, 2006, 53, 6, 1069-1087, Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. Реализация биофизических моделей электрической активности сердца. – Биофизика, 2009, 54, 1, 97-113]. Концептуальную основу модели составляет двойной электрический слой S по поверхности электрически активного миокарда, в простейшем случае – по поверхностям эпикарда и эндокарда. Параметрами модели являются геометрия сердца и специализированной проводящей системы Гис-Пуркинье, скорость распространения процесса деполяризации по миокарду, отношение скоростей проведения возбуждения по элементам миокарда, Гиса и Пуркинье, форма и распределение трансмембранных потенциалов действия (ТМПД) на поверхности S, ориентация собственных анатомических осей сердца относительно исходной системы координат и некоторые другие биофизические характеристики миокарда. – b. Получила дальнейшее развитие модель генеза реполяризационной части кардиоцикла (ST-T интервала) при инфаркте миокарда, предложенная ранее [Baum O.V. Mathematical and computer simulation of the repolarization processes and ST-T interval genesis under myocardial infarction. – Electrocardiology`98 (Ed. Istvan Preda). Singapore etc.: World Scientific, 1999, 47-50]. Теоретическое рассмотрение характерных для инфаркта миокарда зон ишемии, повреждения и некроза в терминах биофизических моделей генеза электрокардиосигналов (ЭКС) показало, что наряду с опосредованным вкладом в патогенез ЭКС из-за возможных изменений картины возбуждения на границах электрически активного миокарда S (поверхности эпикарда и эндокарда), зоны патологии могут давать также непосредственно электрический вклад в регистрируемый потенциал отведения за счет разностного сигнала на возникающих граничных поверхностях, разделяющих зоны миокарда со скачкообразным изменением электрических и электрофизиологических характеристик [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. Биофизические модели электрической активности сердца. – Биофизика, 2006, 53, 6, 1069-1087]. Так называемые “немые” интрамуральные инфаркты могут являться следствием диффузного характера изменений параметров миокарда. Предложена схема-модель формирования кардиоцикла, которая позволяет в доступной для физиологов и электрокардиологов форме объяснять генез QT-интервала и его основные паттерны при изменении системных параметров миокарда в терминах биофизической модели электрической активности сердца [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А. Реализация биофизических моделей электрической активности сердца. – Биофизика, 2009, 54, 1, 97-113]. – c. Рассмотрены теоретически важные для поиска предикторов нарушений сердечного ритма вопросы зависимости длительности QT-интервала в произвольном кардиоцикле от длительности предыдущего RR-интервала. Показано, что обобщенная длительность QT-интервала, QTg, которая должна рассматриваться при поиске зависимости QT = f(RR), складывается из длительности некоторой части обобщенного комплекса QRS, предшествующей по времени возбуждению элементов поверхности желудочков, в которых позднее всех заканчивается процесс реполяризации, и средней (для этой группы элементов) длительности трансмембранного потенциала действия (ТМПД), которая, в свою очередь, зависит от локальных физических условий и частоты сокращений сердца [Baum O.V., Popov L.A., Voloshin V.I., Muromtseva G.A. RR-dependence of QT duration: Biophysical approach. – Electrocardiology `2001. Sao-Paulo et al.: Atheneu, 2002, 433-437]. – d. На модели электрической активности желудочков сердца малого разрешения проведены оценочные компьютерные эксперименты по моделированию желудочковых экстрасистол (ЖЭС) различной локализации. Предварительно были исследованы основные паттерны ЖЭС реальных ЭКС. Проанализирован вид желудочкового комплекса QRST при локализации моделируемого источника экстрасистол ЖЭС в средней части свободной стенки левого желудочка модели по сравнению с условно нормальным комплексом. Сравнивались модельная пара циклов “условно нормальный кардиоцикл и экстрасистола” и пара “предэкстрасистолический и экстрасистолический комплексы” реальных ЭКС. При сравнении морфологии комплекса QRS и зубца T для реальных и модельных ЖЭС обнаружено нарушение в некоторых случаях теоремы об инвариантности желудочкового градиента G (т.е. его независимости от топографии процесса деполяризации мышцы сердца) в реальных сигналах по сравнению с модельными, где эта теорема всегда выполнялась в соответствии с теоретическими представлениями. Степень нарушения определяется, вероятно, особенностями конкретного варианта системы Гис-Пуркинье и удаленностью источника ЖЭС от точек первичного перехода возбуждения из проводящей системы на рабочий миокард [Баум О.В. Отчет по гранту РФФИ № 01-01-97003 “Модельные и экспериментальные исследования алгоритмов измерения, обработки и распознавания параметров электрического поля сердца с целью идентификации электрофизиологического состояния мышцы миокарда”. Пущино, 2003]. Теоретические исследования и сравнительная оценка реальных и модельных ЖЭС будут продолжены на моделях электрической активности сердца высокого разрешения. Упомянутое наблюдение послужит при этом отправной точкой для выдвижения и проверки гипотез относительно данного феномена, а также проверки в этой связи гипотезы о существовании феномена “миокардиальной памяти” (“cardiac memory”), т.е. гипотез, важных для выяснения механизмов запуска злокачественных форм аритмии. – e. На основе методов мультипольного разложения потенциала показана возможность перехода от метода “Body Surface Potential Mapping” (BSPM) к методу “Standard Surface Potential Mapping” (SSPM) в задачах изучения механизмов формирования кардиоэлектрического поля у животных разных классов, т.е. в сравнительной электрокардиологии [Baum O.V., Kotchetkova O.D., Popov L.A., Voloshin V.I. Biophysical approach to the comparative electrocardiology. Electrocardiology ‘97 (L. Bacharova, P.W. Macfarlane Eds.). Singapore etc.: World Scientific, 1998, 67-70] и предложена интегральная характеристика ритмической электрической активности препаратов возбудимого миокарда (“Псевдо-ЭКГ” и “Псевдо-МЭППИНГ”) для определения типа вызванной тахикардии в экспериментах по определению механизмов нарушения сердечного ритма [Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.И. Виртуальные измерения в электрокардиологии. Псевдо-ЭКГ препаратов возбудимого миокарда на основе мультипольного эквивалентного генератора. – Измерительная техника, 2007, № 8, 63-67]. – f. Рассмотрены в терминах биофизических моделей возможные механизмы генеза QT-дисперсии (QTD), которая предлагается в настоящее время некоторыми авторами (на фоне оживленной дискуссии в научных публикациях) в качестве индекса негомогенности процесса реполяризации в желудочках сердца и предиктора желудочковых аритмий [Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.И., Муромцева Г.А. QT-дисперсия: Модели и измерения. Вестник аритмологии, 2000, 20, 6-17]. Показано, что согласно законам электродинамики длительность QT-интервала должна быть одинаковой во всех отведениях, за исключением некоторых тривиальных случаев, и, следовательно, QTD теоретически равна нулю. Возникновение же QTD в реальных измерениях связано с рядом объективных (шумы, пороги идентификации) и субъективных (принятые алгоритмы распознавания конца зубца T, ошибки при ручных методах разметки ЭКС) факторов, влияющих на процесс измерения [Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.И., Муромцева Г.А. QT-дисперсия в ортогональных и псевдоортогональных системах отведений. Вестник аритмологии, 2002, 26, 49-56]. Сформулирован парадокс QTD, который заключается в том, что “чем точнее измеряются длительности интервала QT в отдельных отведениях, тем менее информативным становится индекс QTD”, что подтверждается нашими экспериментальными исследованиями [Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.И. Дисперсия QT-интервала электрокардиограммы. Ч. 2. Результаты реальных и модельных измерений: парадокс QT-дисперсии. – Измерительная техника, 2007, № 4, 64-68]. В то же время, именно измерения с порогом позволяют все же использовать QTD в качестве информативного параметра за счет разной крутизны и разного времени ухода сигнала под порог измерения в связи с интракардиальной дисперсией форм ТМПД. Рассмотрены альтернативные параметры ЭКС на роль индексов негомогенности [Baum O.V., Popov L.A., Voloshin V.I. QT-mapping and QT-dispersion on the standard spherical surface: A model study. - Electrocardiology `2001. Carlos A. Pastore Ed. Sao-Paulo et al.: Atheneu, 2002, 415-419, Баум О.В., Попов Л.А., Волошин В.И., Муромцева Г.А. Дисперсия интервала QTa. Аналог или альтернатива QT-дисперсии? Вестник аритмологии, 2002, 29, 10-18]. –g. Исследована зависимость величины максимального пространственного вектора QRS электрокардиограммы от массы миокарда левого желудочка сердца (ММЛЖ). Как показали измерения на выборке реальных ЭКС из Базы данных “Уран”, несоответствия между ММЛЖ и вольтажом комплекса QRS не могут быть приписаны исключительному влиянию экстракардиальных факторов [L. Bacharova, O.V. Baum, G.A. Muromtseva, L.A. Popov, V.B. Rozanov, V.I. Voloshin, O.M. Voroshnin, E.A. Zhavoronkova. The relation between QRS amplitude and left ventricular mass in patients with hypertension identified at screening. – Anatol. J. Cardiology 2007, 7, 1, 153-158], влияющих на граничные условия в прямой задаче расчета потенциала на поверхности торса. Результаты компьютерного моделирования показали в то же время, что при пропорциональных подобных изменениях размеров сердца и системы Гис-Пуркинье (методом их “клонирования”) величина вектора QRS изменяется, в первом приближении при прочих равных условиях, пропорционально росту поверхности желудочков сердца (а не массы миокарда, как обычно считается), так как амплитуда ЭКС определяется в каждый момент времени площадью деполяризованных участков эпикарда и эндокарда, что соответствует модели двойного слоя по поверхности электрически активного миокарда [Баум О.В., Волошин В.И., Попов Л.А., Муромцева Г.А. Связь максимального вектора QRS с массой миокарда левого желудочка при развитии гипертрофии: Компьютерное моделирование и реальные измерения. Биофизика, 2008, 53, 6, 1109-1124]. Полученные результаты представляют интерес для разработки “сценариев” развития гипертрофии левого желудочка (ГЛЖ) в моделях электрической активности сердца с целью проверки возникающих гипотез и проведения научных исследований, направленных на разработку и оптимизацию биофизически обоснованных алгоритмов диагностики ГЛЖ. Баум О.В. Баумом опубликовано более 170 научных работ, получено несколько авторских свидетельств и два патента на изобретения. В течение ряда лет О.В. Баум являлся международным координатором направления “Идентификация состояния биологических систем по измерениям их физических полей” в рамках программы сотрудничества стран Восточной Европы по проблеме “Биофизика”, был руководителем Международного проекта “Электрическое поле сердца”, организатором Всероссийских конференций “Теория и практика автоматизации электрокардиологических исследований” и Международных симпозиумов “Электрокардиогенератор: Модели и приложения”. В 1995 г. избран по конкурсу членом-корреспондентом Международной Академии автоматизации по специальности “Биофизика сложных систем”. Является членом Российского биофизического общества и членом International Society on Electrocardiology. В 60-х годах прошлого века в процессе выполнения прикладных работ по созданию установки для динамического наблюдения за прогностически важными параметрами электрокардиограммы в лаборатории биофизического приборостроения Института биологической физики АН СССР сформировалась научная группа по исследованию электрической активности сердца методами математического моделирования (рук. – О.В. Баум). На базе группы в 1976 году был создан сектор моделирования и автоматического анализа сердечной деятельности ИБФ АН СССР, в 1990 – после разделения института – лаборатория электромагнитных полей сложных биосистем ИТЭБ РАН, с 2009 года – сектор моделирования и анализа электрической активности сердца. В секторе успешно развивается предложенный ранее системный подход к изучению биофизических механизмов генеза и пространственно-временной организации электромагнитного поля сердца, а также к оценке информативности его параметров, основанный на комплексном использовании методов математического, технического и физиологического моделирования. Ведется разработка, биофизическое обоснование и реализация на основе средств электроники и вычислительной техники методов неинвазивной идентификации состояния сердца по параметрам его физических полей. В настоящее время создается уникальная система 3D-компьютерного моделирования электрической активности сердца с базой данных реальных и модельных электрокардиосигналов для решения прямых и обратных задач биофизики сердца. Сектор моделирования и анализа электрической активности сердца - Разработка алгоритмов и программ для систем компьютерной кардиодиагностики в терминах биофизических моделей, а также для компьютерного образования, - Создание баз данных реальных и модельных электрокардиосигналов (ЭКС) для обеспечения фундаментальных В рамках научного направления Института “Биологическая подвижность. Изучение интегративных механизмов мышечной подвижности и ее регуляции в норме, при адаптации и патологии” (гос. рег. № 01.0.40002205) лаборатория ведет работы по теме “Пространственно-временная организация электромагнитных полей сложных биосистем (фундаментальные и прикладные аспекты)”. Исследования проводятся по следующим фундаментальным направлениям: - Исследование механизмов генеза экстраклеточных электромагнитных полей сердца и информативности их параметров методами математического, компьютерного и физиологического моделирования, - Разработка и биофизическое обоснование методов неинвазивной идентификации электрофизиологического состояния мышцы миокарда. Внутри Института: - Сотрудничество с Лабораторией биофизики возбудимых сред (д.ф.-м.н., проф. А.Б. Медвинский) по теме “Компьютерное и физиологическое моделирование описания электрической активности препаратов возбудимого миокарда с использованием методов эквивалентного электрического генератора мультипольного типа и метода картирования распределения потенциала на стандартной поверхности по методике SSPM (Standard Surface Potential Mapping)”, - Сотрудничество с Лабораторией структуры и функции мышечных белков (д.б.н., проф. З.А. Подлубная) в рамках проекта “Биологическая подвижность. Изучение интегративных механизмов мышечной подвижности и ее регуляции в норме, при адаптации и патологии” С лабораториями других учреждений: - Сотрудничество с Лабораторией “Механизмы сердечной аритмии” (д.б.н., проф. Н.И. Кукушкин) Института биофизики клетки РАН совместно с Лабораторией биофизики возбудимых сред ИТЭБ РАН (Пущино) по теме “Компьютерное и физиологическое моделирование описания электрической активности препаратов возбудимого миокарда с использованием методов эквивалентного электрического генератора”, - Многолетнее сотрудничество с Отделом массовых обследований (в настоящее время Отдел эпидемиологических и социологических исследований, д.м.н., проф. С.А. Шальнова) ФГУ Государственный научно-исследовательский центр профилак-тической медицины Росздрава (Москва): модификация и пополнение Базы данных реальных ЭКС на созданной ранее в лаборатории и работающей в ГНИЦПМ исследовательской системе “Уран”, обработка ЭКС, исследование параметров процесса реполяризации, разработка концепции “консилиума алгоритмов” трех поколений, - Сотрудничество с Лабораторией физиологии сердца и Лабораторией сравнительной кардиологии (д.б.н., проф. Д.Н. Шмаков, д.б.н. И.М.Рощевская, акад. М.П. Рощевский) Института Физиологии КНЦ УрО РАН (Сыктывкар) в области изучения механизмов формирования кардиоэлектрического поля и моделирования электрической активности сердца, - Сотрудничество (началось в 2006 г.) с Отделом новых методов диагностики (д.б.н., проф. А.Н. Рогоза) ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс Росздрава (Москва), совместно с ФГУ ГНИЦПМ Росздрава, по темам “Возможности использования моделей генеза электрокардиограмм для улучшения методов диагностики гипертрофии левого желудочка” и “Верифицированная База данных ЭКС и ЭхоКГ”.В мае 2006 г. подписан трехсторонний Договор о научном сотрудничестве между ИТЭБ, ГНИЦПМ и РКНПК, - По взаимной договоренности сторон, на 2006-2008 г.г. намечено научное сотрудничество лаборатории с Институтом Кардиологической Техники “ИНКАРТ” в Санкт-Петербурге (к.м.н. М.М. Медведев) по созданию на основе модели электрической активности сердца программы для компьютерного образования в области электрокардиологии. Международные научные связи: Лаборатория имеет большой опыт международных научных связей, выступала в качестве головной организации в международном (при участии 12 институтов стран Восточной Европы) проекте “Электрическое поле сердца”. В настоящее время активное научное сотрудничество ведется с институтами и научными центрами Словакии: - Сотрудничество с Институтом нормальной и патологической физиологии Словацкой Академии наук (ИНПФ САН) в Братиславе (Словакия) по теме “Моделирование и компьютерный анализ электрической активности сердца (фундаментальные и прикладные аспекты)” в соответствии с межинститутскими Соглашениями о научном сотрудничестве на 2001-2003 г.г. и 2004-2006 г.г. в рамках Соглашения между РАН и САН. Сотрудничество продолжится в 2007 г. Соруководители совместных исследований от ИНПФ САН – д-р V. Szathmá,ry и проф. I. Ruttkay-Nedé,cky. - Сотрудничество с Институтом измерительных наук САН (ИИН САН) в Братиславе (Словакия) в соответствии с межинститутским Соглашением 2000-2001 г.г. по адаптации разработанной в ИТЭБ РАН англоязычной версии модуля измерения и диагностической интерпретации параметров ЭКС к созданной в ИИН САН компьютерной системе ProCardio для 64-канального синхронного картирования электрического потенциала на поверхности торса человека (д-р M. Tyš,ler). - Сотрудничество (началось в 2005 г.) с Международным Лазерным Центром (МЛЦ) в Братиславе (Словакия) при участии ГНИЦПМ по теме “Теоретические и экспериментальные сравнительные исследования параметра SP (Specific Potential) и параметров реполяризации в последовательности кардиоциклов ЭКС для нормы и гипертонии” (проф. L.Bacharova). 034 сектор
Лаборатория тканевой инженерии
Акатов Владимир Семенович - зав. лаб., доктор физико-математических наук, профессор
Акатов Владимир Семенович 270

270 15 023 Акатов 17.11.2010 1. Показана возможность предотвращения кальциноза трансплантатов клапанов сердца путем обеспечения гибели клеток донора до имплантации ткани в условиях, предотвращающих накопление фосфатов кальция в митохондриях. Создана и запатентована технология предотвращения кальциноза аллотрансплантатов клапанов сердца. Технология внедряется в производство трансплантатов в НЦ ССХ им. А.Н.Бакулева РАМН. Проводятся клинические испытания трансплантатов подвергнутых антикальцинозной обработке. 2. Установлена возможность поддержания функции пораженной печени путем экстракорпоральной перфузии крови через биореактор, содержащий ксеногенные физиологически активные микрофрагменты печени.Создан и запатентован биореактор "биологическая искусственная печень", предназначенная для лечения острой печеночной недостаточности. 3. Выполнено исследование механизма прооксидантного и цитотоксического действия сочетаний аскорбата с гидроксикобаламином и аскорбата с фталоцианином кобальта. 4. Установлено повышение эффективности лучевой терапии опухолей путем применения сочетания витаминов С и В12. Предложен и запатентован способ подавления роста опухолей. 5. Установлена возможность применения острой гипероксии для подавления опухолевого роста и повышения выживаемости животных-опухоленосителей. 6. Разработан суперпродуцент тромбоцитарного ростового фактора на основе дрожжей Pichia pastoris. Показано, чтоэффективность полученного рекомбинантного цитокина сравнима с эффективностью цитокина животного происхождения. 1.Показано прооксидантное и цитотоксическое действие на опухолевые клетки сочетания витаминов С и В12, а также витамина С и фталоцианинов кобальта. Детально изучены кинетика генерации перекиси водорода комбинацией С и В12, повреждение ДНК, окислительный стресс в клетках, повреждение окислительно-восстановительной системы, митохондрий в ходе инициации апоптотической гибели клеток сочетанием С и В12 и др. Полученные результаты использовались для обоснования применения указанного сочетания витаминов в качестве нового противоопухолевого препарата, при разработке клинических методик применения данного препарата. 2. Установлен прооксидантный и цитотоксический эффекты сочетания тиолов с витамином В12.Исследован механизм указанных эффектов. 3. Установлена ключевая роль митохондрий в инициации кальциноза трансплантатов клапанов сердца и сосудов. Полученные результаты послужили основой для создания технологии предотвращения кальциноза трансплантатов для сердечно-сосудистой хирургии. 5.Обнаружено снижение кальциноза трансплантатов аорты путем внедрения изогенных гладкомышечных клеток перед имплантацией. Полученные результаты являются теоретической базой для разработки клеточных технологий подавления кальциноза и повышения биосовместимости трансплантатов клапанов сердца и сосудов путем девитализации и заседения клетками реципиента. 6. Установлена возможность преодоления зависимой от межклеточной адгезии лекарственной устойчивости опухолевых клеток известными препаратами. Акатов Лаборатория тканевой инженерии 1. разработка способов предотвращения кальциноза трансплантатов клапанов сердца. 2. Использование клеточных технологий в повышении биосовместимости трансплантатов клапанов сердца. 3. Разработка системы «Биологическая искусственная печень» на основе использования живых функционально активных микрофрагментов ксеногенной печени. 4. Разработка методов получения реконструированных эмбриональных стволовых клеток для заместительной клеточной терапии. 5. Получение суперпродуцентов цитокинов на основе использования дрожжей Pichia Pastoris. 6. Разработка методов повышения эффективности противоопухолевой терапии на основе применения селективного цитокина TRAIL. 1. Исследование механизма инициации кальциноза трансплантатов клапанов сердца. 2. Исследование молекулярных и клеточных механизмов прооксидантного и цитотоксического действия сочетания витаминов С и В12. 3. Исследование механизма множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток, обусловленной межклеточной адгезией. 4. Исследование прооксидантного и цитотоксического действия тиолов в сочетании с витамином В12. 5. Изучение зависимой от клеточной адгезии резистентности опухолевых клеток к повреждающему действию цитокина TRAIL in vitro. 1. Научный центр сердечно-сосудистой хирургии (НЦ ССХ) им. А.Н.Бакулева. Отделение неотложной хирургии приобретенных пороков сердца (зав. д.м.н. Р.М.Муратов), отдел медицинской биотехнологии (рук. к.б.н.В.Т.Костава). Разработка способов предотвращения кальциноза и повышения биосовместимости трансплантатов и биопротезов клапанов сердца и сосудов. 2. Московский научно исследовательский онкологический институт (МНИОИ) им. П.А.Герцена МЗ РФ, Лаборатория модификаторов и протекторов для противоопухолевой терапии (зав. - проф. Р.И.Якубовская). Темы: 1. Исследование механизма цитотоксического действия селективного цитокина TRAIL на опухолевые клетки. 2. Повышение эффективности лучевой терапии опухолей путем использования бинарных каталитических систем. В ИТЭБ РАН. Лаборатория биофизики клетки и межклеточных взаимодействий (чл.-корр. РАН Л.М. Чайлахян). Разработка методов получения реконструированных эмбриональных стволовых клеток для заместительной клеточной терапии. Лаборатория клеточной инженерии (д.б.н. И.П.Белецкий). Получение суперпродуцентов цитокинов на основе использования дрожжей Pichia Pastoris. Лаборатории регуляции пролиферации и гибели клеток (д.б.н. Ю.Н.Корыстов). Повышение эффективности лучевой терапии опухолей путем использования бинарных каталитических систем, в частности, сочетания витаминов С и В12. Лаборатория биохимии и биоэнергетики клетки (проф. Ю.Н.Евтодиенко). Исследование молекулярных и клеточных механизмов прооксидантного и цитотоксического действия аскорбиновой кислоты в сочетании с органокомплексами кобальта. Лаборатория ультраструктуры нейрона (проф. Д.А.Мошков). Исследование механизма инициации кальциноза трансплантатов клдапанов сердца и сосудов. Группа регуляции ионных каналов (к.ф.м.н. Ю.Н.Кокоз). Исследование механизма предотвращения множественной лекарственной устойчивости авермектинами. Лаборатория структуры и функций мышечных белков (проф. З.А.Подлубная). Изучение цитотоксического действия амилоидных белков. Лаборатория цитототехнологии (проф. Э.И. Лежнев). Исследование механизма прооксидантного действия бинарных каталитических систем. Лаборатория термодинамики и энергетики биологических систем (проф. Е.И.Маевский). Изучение эффективности посева клеток реципиента на девитализированный трансплантат для повышения его биосовместимости. Лаборатория изотопных исследований (проф. В.И.Брусков). Изучение митогенной активности рекомбинантных цитокинов. 023 лаборатория
Сектор регуляции ионных каналов
Кокоз Юрий Моисеевич - рук. сектора, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
Кокоз Юрий Моисеевич 298

298 34 030 Кокоз 09.11.2010 #ИМЯ? 1) Какие крупные научные вопросы, имеющие фундаментальное теоретическое значение, решены лабораторией за 5 лет.- Стабилизирующая роль аргинина и NO в регуляции потенциал-зависимого Са2+ тока L-типа в клетках миокарда. В экспериментах на кардиоцитах крыс показано, что наличие аргинина в средах выделения и инкубации клеток стабилизирует амплитуду базальных Са2+ токов L-типа и уменьшает вариабельность ответов при действии регуляторов этого тока. Стабилизация ответов обусловлена сбалансированным влиянием на L-каналы вторичных мессенджеров сАМР и cGMP, за счет активации в присутствии аргинина каскадов реакций с участием NO и cGMP. При таких условиях регуляция L-каналов с участием PKG становится более выраженной, а вызванный активацией β, адренорецепторов ток полностью компенсируется ацетилхолином.Ранее считалось, что ацетилхолин (Ach) лишь частично снимает увеличение Са2+ тока, вызванное действием агониста β,2-адренорецепторов изопротеренола (Iso). Несмотря на неоднократные попытки установить причину этого пародоксального факта, до настоящего времени его природа оставалась неясной. Нами показано, что в условиях, близких к нативным, в присутствии эндогенного источника NO (0.2-1мМ аргинина) и дополнительной активации NO-зависимой сигнальной системы любым из перечисленных ниже способов: нитропруссидом (1mМ), 8Br-cGMP (1μ,М) либо аргинином (5 mМ), ацетилхолин снимает эффект изопротеренола полностью. При этом в ряде случаев Са2+ ток блокируется ацетилхолином даже ниже базального уровня. Сами аргинин, нитропруссид и 8Br-cGMP в используемых концентрациях на вызванные изопротеренолом токи практически не действуют. Компенсирующий эффект ацетилхолина исчезает в присутствии (1μ,М) 7NI – специфического блокатора NO-синтазы. Данные последних лет показывают, что наряду со стандартым механизмом действия Ach через Gi-белки (ветвь Ach - Gi – AC) реализуется вторая ветвь регуляции тока (Ach-NO-cGMP –PKG- PDEII ) за счёт активации Ach эндотелиальной NOS (eNOS), находящейся в близи m2 рецептора в кавеолах. В отсутствие аргинина nNOS и eNOS неактивны и вместо NO могут продуцировать только активные формы кислорода. В таких условиях цепочка Ach-NO-cGMP- PKG (PDE) неактивна и регуляция L-канала Ach осуществляется только через ингибирование аденилатциклазы с участием Gi-белков. Поэтому активация L-тока Iso не может быть полностью реверсирована Ach. В присутствии эндогенного источника NO и дополнительной активации NO-зависимой сигнальной системы эффект Ach реализуются за счет активации, по крайней мере, трех ветвей регуляции Са2+ тока: Ach-AC-GI, Ach-NO- cGMP-PDEII-PDEIII, и Ach-NO-cGMP-PKG, и, как следствие, возможна полная реверсия Са2+ тока, активированного Iso. Полученные результаты дают основания полагать, что in vivo компенсаторный эффект Ach при активации β,-адренергической системы реализуется за счет синергичности действия Ach через стандартные пути регуляции Са2+ тока и вызваной Ach дополнительной активации NO-зависимой сигнальной системы. Упрощенная схема управления Са2+ тока L-типа с учётом звеньев cAMP, cGMP и NO регуляций показана на рисунке. Кокоз Ю.М.Кокоз по окончании университета в 1966 году был распределен в Институт биофизики АН СССР в отдел автоматики, которым руководил член-корреспондент АН СССР Тихомиров Виктор Васильевич. С 1994 года Ю.М.Кокоз - руководитель группы регуляции ионных каналов. В группе под его началом защищено 7 кандидатских диссертации. Сектор регуляции ионных каналов 1) Участие в разработке тем по постановлениям директивных органов , постановлением и распоряжением Президиума РАН и др. -Тема по рубрикату ОБН -5.9 –“биологическая подвижность “Тема в институте-3. Биологическая подвижность . Изучение интегративных механизмов мышечной подвижностии ее регуляции в норме , при адаптации и патологии. № государственной регистрации 01.0.40002205. Научный руководитель темы- д.б.н., проф. З.А.Подлубная. Основное направление работ сотрудников группы, в проблеме “биологическая подвижность “ - исследование механизмов регуляции транспорта ионов Са у нормотермных и гибернирующих животных. Исследуются проблемы, связанные с функционированием различных типов Са каналов в норме и патологии.2) Исследованиях по долгосрочным научным программам. - Программа ОБН Президиума РАН “ Интегративные механизмы регуляции функций в организме”. Тема: РАН “ Интегративные механизмы регуляции нервно-мышечной системы и ее адаптпции к изменяющимся условиям среды , включая экстремальные” - “Ведущая научная школа”, 2006-2007 гг. (НШ -4981.2006.4) Тема: “Механизмы биологической подвижности: фундаментальные и прикладные направления исследований” (рук. З.А. Подлубная) 1) Внутри института. -Лаборатория структуры и функции мышечных белков (рук. д.б.н. проф.З.А. Подлубная). Тема совмесной работы- роль исследуемых в группе каскадов регуляции Са2+ тока L-типа в механизмах управления мышечным сокращением.-Лаборатория системной организации нейронов (рук. д.б.н. В.Ф.Кичигина). Тема совмесной работы – исследование роли регуляторов Са2+ тока L-типа в формировании пейсмекерной активности нейронов в медиально-септальной области и гипокампе.-Лаборатория физической биохимии (рук. дюб.н. Д.П. Харахоз). Модели регуляция потенциал-зависимых Са2+ токов L- типа в кардиоцитах нормотермных и зимоспящих животных.-Лаб. механихмов организации биоструктур (рук. чл-корр., проф. Г.Р. Иваницкий. Поиск и исследование пептидной регуляции у зимоспящих. 2) Другие учреждения. -Лаборатория внутриклеточной сигнализации (рук. В.П. Зинченко). ИБК РАН Разработка методов исследования Са2+ зависимых процессов в возбудимых и невозбудимых клетках-Лаборатория химии пептидов (рук. акад. В.Т. Иванов, Институт биоорганической химии РАН -Лаб. А.Н. Мурашева, ФИБХ РАН. Механизма регуляции Са2+ L-типа у спонтанно гипертензиных крыс.-Лаб. акад Л. В Розенштрауха ,Институт экспериментальной кардиологии МЗ РФ. Механизмы действия противоаритмических соединений.3) Международные научные связи. -Division of Cardiovascular Disease, Mayo Clinic, Rochester, USA (Alexeev A., Terzic А.) Регуляция потенциал-зависимого Са2+ тока L типа у зимоспящих.-Department of Phatology, T. Jefferson University, Philadelphia (Jan B. Hoek, Nik. Markevich) Моделирование инактивационных процессов Са2+ канала L типа 030 лаборатория
Лаборатория радиационной молекулярной биологии
Безлепкин Владимир Георгиевич - зав. лаб., кандидат биологических наук, педагог ф звание
Безлепкин Владимир Георгиевич 277

277 13 021 1981 11.11.2010 В лаборатории развиты разнообразные методы, тест-системы современной генотоксикологии, генодиагностики. Развиты методы молекулярно-генетической идентификации личности. Батарея тест-систем также позволяет проводит скрининг антимутагенов на уровне целого организма. Результаты скрининга не известных точечных мутаций митохондриальной ДНК позволяют создать более чувствительные тест-системы индикации радиационных повреждений или иных генотоксических воздействий и ретроспективной биодозиметрии.Созданы сбалансированные рецептуры природных антиоксидантов, антимутагенного и геропротекторного действия. С учетом повышенной повреждаемости и низкой эффективности репарации митохондриальной ДНК, по сравнению с ядерной ДНК, разработан метод определения поврежденных копий и фрагментов мтДНК в клетках и в плазме крови онкологических пациентов в процессе радио-химиотерапии опухолей. Метод позволяет оценивать уровень генотоксических нагрузок на организм пациентов средств радио- химиотерапии опухолей, что важно для повышения эффективности этих средств и обеспечения защиты нормальных тканей пациентов. В настоящее время проводятся работы по внедрению данного метода в клиническую практику.Многолетние исследования генотоксических свойств физических и химических факторов окружающей среды, проводившиеся в лаборатории, позволили разработать (совместно с коллегами из Москвы) Методические рекомендации МР 4.2. 0014 – 10 «Оценка генотоксических свойств методом ДНК-комет in vitro». Авторы: Дурнев А.Д., Жанатаев А.К. (НИИ фармакологии им. В.В.Закусова РАМН), Сирота Н.П. (ИТЭБ РАН), Тихонов В.П., Шевченко Т.В., Родина И.А., Плигина К.Л. (ОАО «Завод экологической техники и экопитания «ДИОД»). Рекомендации утверждены и введены в действие руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Онищенко Г.Г. 14 октября 2010 г. // Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Раздел 4.2. Методы контроля. Биологические факторы. Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. М., 2010. http://www.rospotrebnadzor.ru/documents/ukaz/ Важнейшие научные достижения лаборатории за последние 5 лет. Установлена возможность трансмиссии нестабильности генома, определяемой по микросателлитной вариабельности, в соматические клетки потомства самок и самцов мышей, подвергнутых воздействию хроническому и острому облучению в нелетальных дозах гамма-радиации. Выявляемая микросателлитная нестабильность обусловлена закреплением нарушений в ДНК половых клетках мышей родительского поколения. Результаты экспериментов указывают также на наличие специфических отличий уровня микросателлитного полиморфизма для разных тканей потомства, полученных от мышей-родителей (самцов и самок), подвергавшихся воздействию радиации. Впервые установлено явление индукции амплификации митохондриальной ДНК (мтДНК) в тканях гамма - облученных мышей и в клетках периферической крови онкологических пациентов в процессе радио-химиотерапии, как результат развития компенсаторной реакции, в связи с разрушением конститутивной энергетической системы в клетках. Результаты исследований позволяют полагать, что при низкой эффективности функционирования систем репарации в митохондриях, важнейшим механизмом сохранения митохондриального генома, в условиях его постоянного повреждения эндогенными активными формами кислорода, и при воздействии ионизирующей радиации, как и других экзогенных агентов, может быть индукция синтеза новых копий мтДНК на неповрежденных или мало поврежденных мтДНК - матрицах. Расчеты энергии взаимодействия между молекулой кофеина и компонентами ДНК и фрагментами ее двойной спирали позволили предложить один из атомно-молекулярных механизмов действия этого соединения на генетические процессы – прямое связывание кофеина по желобам двойной спирали с образованием водородных связей. Это связывание обладает специфичностью по отношению к нуклеотидной последовательности и деталям конформации и может блокировать участки двойной спирали от взаимодействия с другими биологически активными соединениями.Результаты изучения динамики количества мутантных копий митохондриальной ДНК (мтДНК) в тканях и в плазме крови мышей, подвергшихся воздействию ионизирующей радиации, позволяют полагать, что мутагенез мтДНК в пролиферирующей и постмитотической тканях (селезенка и головноой мозг) облученных животных характеризуется, также как и мутагенез ядерных генов, линейной зависимостью от дозы облучения. Это заключение подтверждается итогами анализов концентрации мутантных копий мтДНК в плазме больных раком легких после радиотерапии. Повышенное содержание внеклеточной мтДНК с мутациями в плазме крови можно рассматривать как потенциальный маркер для оценки радиационного поражения организма. (д.б.н. Газиев А.И.).В исследованиях роли ядерных факторов регуляции (TFAM, TFB2M, PGC1, NRF1, POLRMT) при характерных изменениях транскрипции мтДНК, инициированных рентгеновским облучением мышей, обнаружено, что количество транскриптов митохондриальных генов кратно уменьшается в первые часы после радиационного воздействия (в условиях выраженного окислительного стресса) в клетках разных тканей животных. В течение раннего пострадиационного периода этот параметр линейно зависит от внутриклеточной концентрации транскриптов ядерных регуляторных факторов. Итоги исследований указывают на возможность функционирования механизма посттранскрипционной регуляции экспрессии генов мтДНК в условиях окислительного стресса. Безлепкин Активно сотрудничает с Пущинским Государственным университетом (доцент, руководитель магистерских работ). Под его руководством защищено 2 кандидатских и 4 магистерских диссертации. В настоящее время - руководитель двух аспирантских исследований. Лаборатория организована под руководством проф. А.И.Газиева в 1981 году на базе сектора "Молекулярных основ стабилизации генома" Института биологической физики АН СССР Лаборатория радиационной молекулярной биологии Исследование повреждения, репарации и нестабильности генома в клетках млекопитающих, подвергнутых радиационному воздействию Изучение физико-химических механизмов возникновения ошибок синтеза ДНК и нестабильности генома. Совместные работы с: - Институтом исследования продолжительности жизни и старения Техасского университета (США),- Автономным университетом Пуэбла (Мексика),-Институтом молекулярной биологии и генетики НАНУ (Украина),- Институтом клеточной биологии и генной инженерии НАНУ (Украина),- Институтом биофизики клетки РАН (г.Пущино), - Институт математических проблем биологии РАН (г.Пущино), - Российским научным центром рентгенологии и радиологии Росмедтехнологий(г. Москва),- Институтом общей генетики РАН (г.Москва),- Институтом биохимической физики РАН (г.Москва),- Филиалом Института биоорганической химии РАН (г.Пущино),- Южно-Уральским институтом биофизики ФМБА (г. Озерск, Челябинская обл.),- НИИ биологии Южного Федеральногго Университета (г. Ростов-на-Дону),- НИИ фармакологии им. В.В.Закусова РАМН (г.Москва),- ООО Завод экологической техники и экопитания «ДИОД» (г.Москва) 021 лаборатория
Сектор экспериментальной трансплантологии
Куликов Александр Владимирович - рук. сектора, доктор биологических наук
Куликов Александр Владимирович 271

271 36 026 Куликов 18.11.2010 В результате проведенных исследований предложены оригинальные модели компенсации экспериментального диабета, , возрастной и стрессорной дегенерации тимуса. Разработаны способы алло- и ксенотрансплантации иммунокомпетентных тканей в переднюю камеру крыс. Показана возможность приостановки возрастной инволюции тимуса у животных разных возрастных групп. Разработан способ увеличения средней и максимальной продолжительности жизни. Разработаны способы аллотрансплантации иммунокомпетентных тканей в переднюю камеру глаза крыс после радиационного облучения в дозе 4 и 8 Гр. Показано ускоренное восстановление иммунологического статуса после облучения в дозе 4 Гр и значительное снижение смертности после облучения животных в дозе 8 Гр, если им трансплантировали тимус или костный мозг. Разработан способ аллотрансплантации микрофрагментов ткани неонатальной поджелудочной железы в паравазальную клетчаточную щель семенника при сахарном диабете. С помощью новой методики удается полностью либо частично нормализовать исследованные физиологические показатели, состояние углеводного обмена в течение всего срока наблюдения. Гистологические исследования показали выживаемость трансплантатов и продукцию ими инсулина на всех сроках исследования: 4, 6, 9 недель после пересадки. Проведенное спаривание крыс на разных сроках после пересадки ткани поджелудочной железы в семенник с последующей перевязкой семявыносящего протока контралатерального интактного семенника показало полную сохранность фертильности у животных. Кроме того, были проведены исследования и получены хорошие результаты по внутрибрюшинной трансплантации ткани поджелудочной железы животным с острым аллоксановым диабетом. Удалось значительно увеличить выживаемость крыс за счет того, что транслантацию инсулинпродуцирующей ткани проводили совместно с естественными иммуномодуляторами – тимус, плацента. Разработаны подходы к замедлению необратимой возрастной атрофии тимуса. Показано, что аутотрансплантаты тимуса прошедшие длительную криоконсервацию способны значительно замедлить Т-клеточного звена иммунологической системы организма. Создана экспериментальная модель мужского гипогонадизма. Разработаны подходы к компенсации экспериментальной андрогинной недостаточности. Разработан способ моделирования анальной инконтененции и метод трансплантологической компенсации данной патологии. Гистологические исследования подтверждают ускоренное восстановление мышечной ткани после ее иссечения, в результате трансплантации аллогенных иммунокомпетентных клеток. Проведены работы по долговременной компенсации экспериментальных патологических состояний с помощью трансплантации адекватных тканей в относительно иммунопривилегированные области организма ( передняя камера глаза, тестикулы) и в области, не защищенные гисто-гематическими барьерами. В подразделении разработан новый автоматической метод фиксации конфликтов в больших выборках млекопитающих, подвергшихся социальному стрессу. Показано увеличение с возрастом количества драк во вновь организованных иерархических сообществах. Куликов Сектор экспериментальной трансплантологии Разработка способов долговременной компенсации экспериментальных патологических состояний с помощью трансплантации адекватных тканей в относительно иммунопривилегированные области организма (передняя камера глаза, тестикулы) и в области, не защищенные гисто-гематическими барьерами. Разработка методов автоматической фиксации конфликтов в больших выборках млекопитающих, подвергшихся социальному стрессу. Исследования физиологических, биохимических и иммунологических изменений в организме в период инициации, течения и компенсации патологии. Разработка экспериментальных методов продления средней и максимальной продолжительности жизни. Трансплантологические способы компенсации энкопреза. Участие в разработке тем по постановлениям директивных органов, постановлением и распоряжением Президиума РАН и др. Фундаментальные программы Президиума РАН, «Стволовые клетки», проект « От фундаментальных исследований стволовой клетки к новым наукоемким технологиям»(2002 г). Межклеточные взаимодействия. Исследование информационных процессов в клетках и тканях, изучение межклеточных взаимодействий№ г.р. 01.0.40002204 Участие в исследованиях по долгосрочным научным программам. грант по Программе Президиума РАН « Поддержка инноваций»(2006,2007,2009), грант Министерства промышленности правительства Московской области №21/06-05. Разработка способов долговременной компенсации экспериментальных патологических состояний с помощью трансплантации адекватных тканей в относительно иммунопривилегированные области организма (передняя камера глаза, тестикулы) и в области, не защищенные гисто-гематическими барьерами. Разработка методов автоматической фиксации конфликтов в больших выборках млекопитающих, подвергшихся социальному стрессу. Исследования физиологических, биохимических и иммунологических изменений в организме в период инициации, течения и компенсации патологии. Участие в разработке тем по постановлениям директивных органов, постановлением и распоряжением Президиума РАН и др. Фундаментальные программы Президиума РАН, «Стволовые клетки», проект « От фундаментальных исследований стволовой клетки к новым наукоемким технологиям»(2002 г). Межклеточные взаимодействия. Исследование информационных процессов в клетках и тканях, изучение межклеточных взаимодействий№ г.р. 01.0.40002204 Участие в исследованиях по долгосрочным научным программам. РФФИ № 03-04-48243, 02-04-49745, №07-04-12048 и программы президиума РАН «Поддержка инноваций»2006,2007, 2009. № НШ-1872.2003.4., лаб. Ю.Н. Корыстова. Тема : «Разработка способов долговременной компенсации экспериментальных патологических состояний с помощью трансплантации адекватных тканей в относительно иммунопривилегированные области организма ( передняя камера глаза, тестикулы) и в области, не защищенные гисто-гематическими барьерами.» ИБК РАН, Эндокринологический научный цент РАМН, НИИ морфологии человека РАМН, Институт биологической медицины, Центр андрологии и пересадки эндокринных органов, Кафедра оперативной хирургии российского университета дружбы народов, МОНИКИ.Тема :«Разработка способов долговременной компенсации экспериментальных патологических состояний с помощью трансплантации адекватных тканей в относительно иммунопривилегированные области организма ( передняя камера глаза, тестикулы) и в области, не защищенные гисто-гематическими барьерами» Также ведется совместная работа с отделением денской хирургии МОНИКИ, рук., д.м.н., проф. А.Е.Машков и НИИ прикладной биологии (г.Москва). 026 сектор
Лаборатория клеточной инженерии
Белецкий Игорь Петрович - зав. лаб., доктор биологических наук
Белецкий Игорь Петрович 129

129 12 018 Белецкий 01.11.2010 - Разработана иммунохимическая тест-система, позволяющая определять содержание растворимой формы Fas-рецептора в сыворотке крови и других биологических жидкостях, - Разработан препарат рекомбинантного растворимого человеческого Fas-антигена, обладающег - Сформулировано представление о многоуровневой (внутриклеточной и межклеточной) взаимосвязи TNF-, FasL и Fas-рецептор - зависимых путей реализации клеточной гибели, являющейся частным случаем взаимодействия различных механизмов передачи сигнала, - Обн Белецкий Основной темой исследований лаборатории является изучение молекулярных механизмов клеточной гибели. В лаборатории подготовлено более двух десятков научных сотрудников для университетов и биотехнологических компаний США и Западной Европы. В составе лаборатории работает группа цитогенетики, исследованиями которой руководит Светлана Игоревна Заичкина Лаборатория клеточной инженерии Тематика исследований за последние 5 лет Исследование молекулярных механизмов Fas-лиганд – зависимой «обратной сигнализации» - Программа Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология». Изучение роли р21Waf1/Cip1 в регуляции клеточного цикла и апоптоза и разработка на основе полученных данных диагностических тест-систем для использования в противоопухолевой терапии – проект МНТЦ. Изучение сочетанного действия веществ-адаптогенов и малых доз ионизирующей радиации на величину и длительность сохранения перекрестного адаптивного ответа в условиях in vivo - Программа Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» Разработка методики комплексного генетического прогнозирования состояния здоровья людей, подвергшихся воздействию экологически вредных факторов, на основе определения генотипа и индивидуальной радиочувствительности – проект МНТЦ. Плановые тематики ИТЭБ РАН - Исследование роли митохондрий в реализации апоптоза. - Исследование механизмов клеточного цикла в реализации апоптоза. - Исследование молекулярных механизмов Fas-зависимого апоптоза. - Биоэнергетика. Биологические механизмы адаптации. Физиология экстремальных состояний. Клиническая физиология: создание методов диагностики, разработка и доклинические испытания препаратов и биоматериалов для медицины. № г.р.01.04.40002208. Новые механизмы регуляции функций митохондрий через систему вторичных мессенджеров и продукцию реактивных форм кислорода. -Идентификация новых белков в митохондриях, вовлекаемых в функционирование и регуляцию МХ неспкцифической поры и формирующих новую систему, контролирующую митохондриальный апоптоз -Идентификация 2',3,-cAMP phosphodiesterase (CNP)в МХ мозга, печени, сердца, поджелудочной железы, олиглдендроцитов и глиомы С6. -Идентификация специфического нейронального белка, связывающего инозитолфосфаты в МХ мозга (p43IP4)и его белков-партнеров в Мх мозга и клетках N2a -Исследование роли периферического бензодиазепинового рецептора и его лигандов в регуляции функционирования РТР в МХ и в инициации каспаз-независимого апоптоза -Исследование влияния TSPO и его лигандов на проводимость поринового канала и и индукцию неспецифической поры в Мх мозга. - Изучение старения на функционирование МХ мозга.Сравнение параметров функционирования РТР в МХ, изолированных из кыс азного возраста. -Исследование механизмов гибели ацинарных клеток поджелудочной железы - Окружающая среда. Воздействие факторов внешней среды на биологические системы ( ионизирующих излучений, тепловых и электромагнитных полей). Космофизические воздействия. № г.р. 01.0.40002209. Исследование формирования цитогенетических повреждений при действии ионизирующих излучений. - Исследование возможности стабилизации генома при окислительном стрессе, вызванном гамма-облучением в клетках костного мозга мышей с помощью биологически активных веществ: полифенольного биофлавоноида дигидрокверцетина и синтетического аналога хиноидного радиотоксина. - Изучение влияния биологически активных веществ на формирование адаптивного ответа в разные сроки после облучения. Влияние однократного гамма-облучения в дозе 10 сГр на формирование адаптивного отвтета в разные сроки после облучения. Изучение связи адаптивного ответа с окислительным стрессом, влияние различных антиоксидантов на адаптационное состояния организма. Изучение длительности сохранения перекрестного адаптивного ответа на примере перекиси водорода, а также влияние антиоксидантов и иммуномодуляторов на величину радиационного адаптивного ответа. - Поиск новых подходов к установлению количественных соотношений между структурой и свойствами органических соединений с целью разработки более точных методов предсказания структуры соединений с заданными свойствами. - Построение корреляционных соотношений структура-свойство, описывающих свойства органических соединений разных классов с учетов внутренней динамики их молекул. - Партнерство с лабораториями и организациями вне ИТЭБ РАН: - лаборатория функциональной биохимии нервной системы ИВНД РАН, изучение роли р21Waf1/Cip1 в регуляции клеточного цикла и апоптоза, -лаборатория регуляции апоптоза ИБК РАН, исследование механизмов клеточного цикла в реализации апоптоза, - лаборатория химии генов ИБХ РАН, изучение роли р21Waf1/Cip1 в регуляции клеточного цикла и апоптоза, - лаборатория молекулярной патофизиологии НИИ молекулярной медицины при ММА им. И.М. Сеченова МЗ РФ, исследование молекулярных механизмов Fas-зависимого апоптоза, - лаборатория генной инженерии НИИ молекулярной медицины при ММА им. И.М. Сеченова МЗ РФ, исследование молекулярных механизмов Fas-зависимого апоптоза, - лаборатория медицинской генетики НИИ молекулярной медицины при ММА им. И.М. Сеченова МЗ РФ, разработка тест-систем, - ФГУН Нижегородский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. акад. И.Н. Блохиной ФС по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, разработка тест-систем, - группа структурно-функционального анализа генетических систем микроорганизмов ИБФМ РАН, разработка тест-систем, получение продуцентов рекомбинантных белков, - лаборатория биотехнологии растений ФИБХ РАН, разработка тест-систем, получение продуцентов рекомбинантных белков, - лаборатория Балабаева Н.К. Института математических проблем биологии РАН, - лаборатория Севостьянова С.М. Институт фундаментальных проблем биологии РАН, - лаборатория Кондаковой Н.В., Научно-исследовательский и учебно-методический Центр биомедицинских технологий ВИЛАР РАСХН, - группа Трубецкой О.Е. Филиал Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. - Договор о научно-техническом сотрудничестве с ГНЦ Институт физики высоких энергий (Лаборатория радиационных исследований), Протвино. - Договор о научно-техническом сотрудничестве на основе кооперации между ИТЭБ РАН и Московским государственным предприятием объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (МосНПО «Радон») по теме: «Изучение возможности применения комета-теста для биологического мониторинга радиационного загрязнения» ( Зав. лабораторией д.б.н., Сыпин В.Д.), Москва. - Договор о научно-техническом сотрудничестве с Филиалом Института ядерной физики СО РАН (Директор Института чл.-корр. РАН Балакин В.Е.), Новосибирск. - Договор о научно-техническом сотрудничестве с Физико-техническим центром Физического Института им. П.Н.Лебедева РАН (Директор ФТЦ чл.-корр. РАН Балакин В.Е), Протвино - исследование роли митохондрий в реализации апоптоза, Dep. Toxicology, Karolinski Institute, Stokholm, Sweden, Prof. Zhivotovsky, - исследование молекулярных механизмов Fas-зависимого апоптоза, Dep. Biophysics, The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel, Prof. Wallach. - исследование механизмов регуляции функций митохондрий через систему вторичных мессенджеров и продукцию реактивных форм кислорода, -Magdeburg Otto-von-Geuricke University,Medical Faculty, Institute of Neurochemistry, Magdeburg, Germany, Director of the Institute of neurochemistry,Prof. Georg Reiser -The Research Institute of the McGill University Health Centre, Faculty of Medicine, McGill University Canada,Quibec Professor,Director Vassilios Papadopoulos. -University of California,Department of Medicine, Pancreatic Research Group, Los Angeles, USA, Prof. A.S.Gukovskaya 018 лаборатория
Лаборатория изотопных исследований
Брусков Вадим Иванович - зав. лаб., доктор химических наук, профессор
Брусков Вадим Иванович 167

167 35 027 Брусков 04.05.2012 - Основные современные широко используемые в зарубежных исследованиях методы определения основного биомаркера окислительного повреждения ДНК – 8-оксогуанина (8-ОГ) - высокоэффективная жидкостная хроматография высокого давления с электрохимическим детектир - Впервые получены результаты, свидетельствующие об образовании в ДНК in vitro под действием тепла (в том числе и при 37С) основного биомаркера повреждения ДНК активными формами кислорода - 8-оксогуанина, а также продуктов его дальнейшего окисления. Впер Брусков В.И.Брусков (род. в 1939 г.) окончил в 1962 г. физический факультет МГУ, получив специализацию на кафедре биофизики. Дипломная работа, выполненная под руководством зав. кафедрой проф.Блюменфельда, касалась использования ядерного магнитного резонанса в биологических исследованиях. С 1964 по 1967 гг. - аспирант Института кристаллографии АН СССР. В 1968 г. защитил кандидатскую диссертацию, которая была посвящена электронно-микроскопическому исследованию структуры рибосом. С 1967 г. работал в Институте биологической физики АН СССР, где организовал изотопный кабинет. Прошел путь от младшего до ведущего научного сотрудника. В 1990 г. защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора химических наук на тему: "Модельные системы белково-нуклеинового узнавания". С 1997 г. заведует лабораторией изотопных исследований ИТЭБ РАН. С 1993 г. - профессор Пущинского ГУ, Учебный центр биофизики и биомедицины ИТЭБ РАН, магистерская программа "Биофизика". Читает курс лекций по темам: физико-химические основы радиационных процессов, окружающая радиационная среда, радиационная безопасность, радиоэкология. В 2006 г. присвоено звание профессора по специальности "биофизика". Лаборатория изотопных исследований - Исследование молекулярных механизмов образование активных форм кислорода и азота под действием физических факторов (тепловое, ионизирующее, лазерное, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения). - образование 8-оксигуанина – биомаркера повреж Осуществляется сотрудничество внутри Института с лабораториями Радиационной молекулярной биологии, Биофизики внутриклеточной регуляции, Функциональной биофизики, Структуры и функции мышечных белков, ЯМР-исследований биосистем. С лабораториями и кафедрами других учереждений: Институт биофизики клетки РАН: лаб. Культур клеток и клеточной инженерии, лаб. Регуляции в биомедицинских исследованиях, лаб. Внутриклеточной сигнализации, группой радиационной биохимии и клеточной регуляции, группой источников излучений. Осуществляется сотрудничество с НИИ Физико-химической биологии МГУ, отдел биоэнергетики. Осуществляется сотрудничество с Институтом фундаментальных проблем биологии, лаб. Молекулярной спектроскопии. 027 лаборатория
Сектор функциональной биохимии
Поцелуева Маргарита Михайловна - рук. сектора, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, доцент
Поцелуева Маргарита Михайловна 213

213 21 005 2005 29.11.2010 - изучено противоопухолевая активность латентных антиоксидантов ряда дигидрокверцитина с различным химическим строением. Изучена взаимосвязь структуры производных дигидрокверцитина с их активностью, - разрабатывается стратегия подавления терминальной ф Важнейшие научные достижения научной группы. Тема 1. - при развитии асцитной гепатомы Зайделя в брюшной полости животных РФК-генерирующая активность полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) в циркулирующей крови неоднозначна – на начальных этапах снижена, а на более поздних – многократно усилена. Общая активность ПМЯЛ потенциально увеличивается в 20 раз при стимуляции форболовым эфиром, и в 80 раз – при стимуляции латексом. Это связано как с увеличением числа лейкоцитов, так и с увеличением удельной активности ПМЯЛ. - у животного - опухоленосителя наблюдается миграция фагоцитов в зону роста опухоли. - ПМЯЛ в организме опухоленосителя находятся в двух состояниях: «праймированном» - в циркулирующей крови и «активированном» - в зоне роста опухоли. «Активированные ПМЯЛ обладают способностью спонтанно продуцировать РФК и имеют повышенную чувствительность к форболовому эфиру (ФМА) и сниженную рецепторную чувствительность на поверхности клетки. - совместное инкубирование клеток асцитной гепатомы Зайделя и ПМЯЛ, выделенные из циркулирующей крови опухоленосителя, приводит к подавлению продукции РФК в 2-3 раза. - обнаружено существенное различие в чувствительности ПМЯЛ нормальных животных и опухоленосителей к внешнему кальцию. При развитии опухоли ХЛ-ответ ПМЯЛ не зависит от присутствия ионов Са+2 во внешней среде, в то время как в контроле внешний кальций в концентрации 2,5 мМ увеличивает ответ ХЛ в 2-2,5 раза. Показано, что при развитии опухоли концентрация свободного цитозольного Са+2 и Са+2 во внутриклеточных депо, а также Са+2 – проницаемость плазматической мембраны увеличивается в два раза, что является одной из характеристик праймированного состояния фагоцитов. - показано, что «активированные» ПМЯЛ, локализованные в зоне роста опухоли, обладают спонтанной цитотоксичностью по отношению к клеткам асцитной гепатомы Зайделя и карциномы Эрлиха, а также оказывают цитотоксическое действие на нормальные клетки- эритроциты, вызывая лизис in vitro и in vivo, что может быть одной из причин гибели опухоленосителя. - показано двухфазное изменение характеристик неспецифического иммунного ответа в процессе роста асцитной опухоли. С этой целью исследована динамика маркеров, характеризующих нарушения антиоксидантного статуса плазмы крови и асцитной жидкости в разных фазах опухолевого роста (малоновый альдегид, диеновые коньюгаты, мочевая кислота), - исследовано влияние ловушек РФК (антиоксидантов) на многостадийный процесс опухолевого роста. Оценка содержания свободнорадикальных форм (супероксид анион, пероксинитрит, гипохлорид, оксид азота) в плазме крови и асцитной жидкости после действия антиоксидантов, Тема 2. 2.1. Выяснение роли митохондрий в развитии различных патологических процессов и клеточной гибели. 2.2. Участие НАД(Ф)Н-зависимых редокс систем генерации активных форм кислорода, локализованных во внешней мембране и межмембранном пространства митохондрий, в регуляции неспецифической Са2+-зависимой поры физиологическими апоптотическими стимулами. Молекулярные механизмы токсичности природных мембранно-активных антибиотиков и токсинов. Фундаментального теоретического значения В последнее время развиваются представления, согласно которым дисфункция митохондрий является наиболее ранним событием в развитии различных патологических процессов и клеточной гибели. Проводимые научные исследования направлены на выяснение роли митохондрий в развитии различных патологических процессов и клеточной гибели. - проведено изучение влияния про- и анти- оксидантов на индукцию неспецифической проницаемости внутренней митохондриальной мембраны. Показано, что в некоторых условиях антиоксидант дигидролипоевая кислота проявляет прооксидантные свойства и индуцирует открытие неспецифической поры в результате увеличения продукции супероксид аниона. Установлена корреляция между уровнем генерации супероксида и эффективностью открытия поры под действием дигидролипоата. - исследование влияния токсических продуктов микроорганизмов из среды окружения человека на энергетический метаболизм клеток показало, что они в очень низких концентрациях индуцируют деполяризацию митохондриальной мембраны. Дальнейшее увеличение концентрации этих токсинов приводит к нарушению барьера плазматической мембраны и гибели клеток. - обнаружено, что большинство исследованных токсинов являются калиевыми ионофорами, нарушающими ионный гомеостаз в клетке. Их заряженный комплекс с калием легко поникает через клеточную мембрану, транспортирует калий в митохондриальный матрикс и вызывает набухание митохондрий, ингибирование дыхательной цепи на уровне цитохромоксидазы, что является причиной их токсичности. - показано, что токсины, вызывающие дисфункцию митохондрий, являются либо калиевыми переносчиками, либо формируют катионные специфические каналы в митохондриальной мембране. - обнаружено, что токсичность калиевых ионофоров определяется степенью сродства этих ионофоров к ионам калия. В частности показано, что причиной высокой токсичности ионофора кереулида, вызывающего заболевания с летальным исходом, является его высокое сродство к калию при его концентрациях присутствующих в сыворотке крови. Эти исследования представляют большой научный интерес и являются фундаментальной проблемой современной клеточной биологии и медицины. Поцелуева К основным научным достижениям М.М.Поцелуевой относится разработка концепции о роли фагоцитирующих клеток в защите организма от опухолевого роста и способах регуляции их цитотоксической активности in vitro и in vivo. В настоящее время основной целью исследований М.М.Поцелуевой является изучение эволюции взаимоотношений фагоцитирующих и опухолевых клеток, выявление биохимических критериев фаз опухолевого роста, чувствительных к действию антиоксидантов. В настоящее время успешно разрабатывается схема терапии асцитных опухолей и тест-система для определения эффективности терапевтического воздействия с использованием пиримидинов Биджинелли. Признание научных исследований М.М.Поцелуевой выразилось в публикации ее работ в престижных международных и российских журналах. М.М.Поцелуева в течение последних двадцати лет активно занимается педагогической деятельностью в должности доцента в филиале Московской Академии приборостроения и информатики, где читала три спецкурса по биохимии, биофозике и общей биологии. В течение последних 18 лет является участником Большого практикума по физико-химической биологии для студентов второго курса биофака МГУ. М.М.Поцелуева принимала активное участие в открытии Учебно-научного центра в ИБП РАН, лицензировании и разработке планов магистерской программы по биоинженении. В настоящий момент работает в должности доцента в Учебном центре по биофизике и биомедицине в ИТЭБ РАН и Учебном центре по биоинженерии при ИБП РАН. М.М.Поцелуева была руководителем 11 выпускных квалификационных работ, научным руководителем 8 диссертационных работ на соискание ученой степени магистра биологии, научным руководителем трех диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Молодые ученые, которыми руководит М.М.Поцелуева неоднократно были отмечены премиями «Подмосковья», «Губернатора Московской области» и премией Президента РФ,являются обладателями грантов CRDR. В настоящий момент Поцелуева М.М. руководит одним магистрантом. В связи с реорганизацией лаборатории биохимии и биоэнергетики клетки и в соответствии с решением Ученого совета ИТЭБ РАН от 05.10.2005 г. была создана группа функциональной биохимии под руководством ведущего научного сотрудника ИТЭБ РАН,кандидата биологических наук, доцента Поцелуевой Маргариты Михайловны. Сектор функциональной биохимии Разработка схемы подавления терминальной фазы опухолевого роста. Разработка тест - системы для идентификации фазы опухолевого роста и теста на эффективность терапевтических воздействий, используя новые производные пиримидинтионов и пиримидонов. 1. Динамика взаимоотношения активности фагоцитирующих клеток и роста асцитных опухолевых клеток. Исследование цитотоксической активности полиморфноядерных лейкоцитов in vitro и in vivo при росте асцитных опухолей. Модуляция цитотоксической активности фагоцитирующих клеток про/антиоксидантами. Исследование антиокислительной и антирадикальной активности природных и синтетических антиоксидантов. 2. Выяснение роли митохондрий в развитии патологических процессов и клеточной гибели. Участие НАД(Ф)Н-зависимых редокс систем генерации активных форм кислорода, локализованных во внешней мембране и межмембранном пространства митохондрий, в регуляции неспецифической Са2+-зависимой поры физиологическими апоптотическими стимулами. Молекулярные механизмы токсичности природных мембранно-активных антибиотиков и токсинов. 1. внутри Института: - лаборатория тканевой инженерии (д.ф-м.н. Акатов В.С.) – использование проточного цитофлуориметра, - сектор регуляции ионных каналов (к.ф-м.н. Кокоз Ю.М.)– после успешного прохождения первого тура подана полная заявка на международный ИНТАС проект «Ionophoric microbial toxins, molecular mechanism of toxicity, strategies of defense» INTAS Ref. № 05-1000008-8031, - лаборатория термодинамики и энергетики биологических систем (д.б.н., проф. Е.И. Маевский). Образование перекисей в водной фазе при действии аэроионов.Роль аэроионов в регуляции активности полиморфноядерных лейкоцитов. Роль NO в цитотоксической активности фагоцитов - Лаборатория биофизики внутриклеточной регуляции (д.б.н. В.В.Смолянинов). Влияние парамагнитного резонансного поля на продукцию реактивных форм кислорода полиморфноядерных лейкоцитов опухоленосителя. - лаборатория ультраструктуры нейрона (д.б.н. Д.А.Мошков). Влияние производных пиримидинов Бидженеллина на цитоскелет клетки.Ультраструктура нанокомплекса антиоксиданта и фосфолипида. - лаборатория структуры и функции мышечных белков (д.б.н. З.А.Подлубная). Цитотоксическое действие амилоидных белков на активность и выживаемость фагоцитов крови. - лаборатория окислительного стресса (д.б.н. Ю.Н. Корыстов). регуляция продукции активных форм кислорода клетками аорты под действием биологически активных веществ. 2. с другими учреждениями: - Институт биофизики клетки (лаборатория внутриклеточной сигнализации), - НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека, лаборатория общей токсичности и гигиенического нормирования, Санкт-Петербург - программа МНТЦ №2629 «Фторцитрат натрия и другие метаболические яды: изучение механизмов токсического действия и разработка эффективной терапии». - Институт биологического приборостроения РАН, лаборатория новых методов в биологии. 3. международные научные связи: - Хельсинский Университет (Финляндия), Professor Salkinoja-Salonen M. S. and Nils-Erik Saris, emeritus professor, Молекулярный механизм токсичности природных мембранно-активных антибиотиков и токсинов. Выяснение роли митохондрий в развитии различных патологических процессов и клеточной гибели. - Российско-Датский (NOW) проект № 047-006-005 (сентябрь 1998 – сентябрь 2001) Electron flow towards oxygen: Balancing between damage and necessity. - Участие в проекте “Role of NDRG1 gene in the control of invasive phenotype”, стипендия французского общества EGIDE Круглову А.Г. - International project. INTAS-97-1504 Title: "HOW OSCILLATIONS SPREAD, THROUGH CROSS-TALK BETWEEN SIGNAL TRANSDUCTION PATHWAYS AND METABOLIC PATHWAYS" 01 January 1999 - 31 December 2001 - extended untill June 2002 Coordinator: PROF. H.V.WESTERHOFF (THE NETHERLANDS, Free University, Amsterdam), Other Colaborators: PROF. G.REISER (Magdeburg University, Magdeburg, GERMANY), Dr. A.V.TEPIKIN (The University of Liverpool, Liverpool, UK), PROF. R.MARGOLIS (Grenouble, FRANCE), Dr. SUKHOMLIN (RCMD, Moscow, RUSSIA), Dr. A.KOMENDANTOV (Institute of Physiology, Kiev, UKRAINE), B.N.GOLDSTEIN (ITEB, Poshchino, RUSSIA), O.DEMIN (MSU, Moscow, RUSSIA) - NATO Fellowship for Dr. Sukhomlin T.K. 2001-2002. Title: "Quantiataive analysis of experimental data of transient oscillations" Coordinator: PROF. Prof. M.Cascante (University of Barcelona, Spain) - DRL 1999-2002 (GERMANY), GESCHAFTSZEICHEN (RUS-176-99) Title: "Neuroprotective and neurodegenerative role of sphingosine derivatives" Coordinator: Prof. G.REISER (University of Magdeburg, Magdeburg, Germany) - Grant Royal Society (2004-2006), UK-RUSSIA, Title: "Role of receptor coupling in Ca2+ oscillations induced by Ca2+ messengers" Coordinator: Reader, Dr. O.V.Gerasimenko, The University of Liverpool, Liverpool, UK - GRANT, GENERALITAT DE CATALUNYA (2004 PIV2 14) Title: "Discriminacio dels mecanismes de senyalitzacio mediats per Ca en diferents cel.lules" Coordinator: Prof. J. Centellas, Univesitata de Barcelona, Barcelona, Spain 005 сектор
Сектор физической химии биополимеров
Тихоненко Сергей Алексеевич - н.с., кандидат биологических наук
Тихоненко Сергей Алексеевич 452

452 23 020 2008 21.10.2011 Разработана и запатентована технология получения содержащих ферменты полиэлектролитных нано- и микрокапсул – основных элементов ферментного микродиагностикума. Она состоит из: 1- стадии получения в качестве «кора» микросферолита СаСО3 с включенным в него ферментом, 2- стадии поочередного наслаивания селективно подобранных противоположно заряженных полиэлектролитов на частицы кора и формирования мультислойной оболочки, 3- стадии разрушения и удаления карбонатного компонента кора, 4 - стадии контроля за функциональным сотоянием инкапсулированного фермента. Благодаря полупроницаемости полиэлектролитной оболочки содержащая фермент микрокапсула,, помещенная в многокомпонентную среду, становится анализатором в ней низкомолекулярных веществ-субстратов, ингибиторов или активаторов фермента. Предложен новый тип диагностикума широкого, в том числе и медицинского назначения. Основным элементом диагностикума является мультислойная полиэлектролитная нано- и микрокапсула с включенным в нее ферментом, исходным субстратом, ингибитором или активатором которого является один из компонентов анализируемой среды. По сравнению с существующими в медицине ферментативными методами анализа биожидкостей предлагаемый микродиагностикум имеет явные преимущества, поскольку инкапсулированный фермент, во-первых, сохраняет свою активность в течение нескольких месяцев, в то время как активность фермента в растворе в «свободном» состоянии падает практически до нуля через несколько дней, во-вторых, сохраняет активность в анализируемой биологической жидкости, содержащей протеиназы, исключая тем самым необходимость их удаления из анализируемой среды, в-третьих, может быть использован многократно, уменьшая тем самым расход фермента. Разработана методика многократного использования микродиагностикума, а также показана возможность его применения в качестве диагностического средства. Разработан метод иммобилизации белков в полиэлектролитные микрочастицы, сформированные путем последовательной адсорбции противоположно заряженных полиэлектролитов на высоленных агрегатах белка.Разработан метод включения белков в полиэлектролитные микрокапсулы в результате поочередной адсорбции поликатиона и полианиона на составной микросферолит СаСО3-белок с последующим разрушением СаСО3 в мягких условиях (нейтральные значения рН, комнатная температура). Получены полиэлектролитные микрокапсулы различных типов: полые, содержащие интерполиэлектролитные комплексы, белки и ферменты. Установлены оптимальные условия включения ферментов в полиэлектролитные микрокапсулы, произведен подбор противоположно заряженной пары полиэлектролитов, которая оптимальна для функционирования инкапсулированного фермента. Получены и проанализированы электронномикроскопические снимки ультратонких срезов полиэлектролитных микрочастиц (ПЭ-микрочастиц), содержащих и не содержащих белок, коровой основой для формирования которых послужили микросферолиты СаСО3. Из полученных данных следует, что ПЭ-микрочастицы, не содержащие белок, являются образованиями со сложной внутренней организацией, состоящей из набора нитевидных и замкнутых наноразмерных элементов полиэлектролитной природы. Обнаружено, что в содержащих белок ПЭ-микрокапсулах в отличие от не содержащих, полиэлектролиты располагаются только в приповерхностном слое и внешняя, пространственно организованная оболочка ограничивает внутренний объем, заполненный раствором белка. Установлено распределение белка внутри микрокапсул в зависимости от рН среды.Методами светорассеяния и оптической микроскопии получены данные по термочувствительности сформированных из поочередных слоев полиаллиламина и полистиролсульфоната полиэлектролитных микрокапсул полых и с включенными в них интерполиэлектролитными комплексами и белками. Показано, что все три типа капсул с ростом температуры и длительности теплового воздействия сжимаются, их диаметр уменьшается. В работе предложено термочувствительность микрокапсул оценивать по температурному коэффициенту скорости их сжатия (Ес). Для всех трех типов микрокапсул, содержащих от 6 до 10 слоев в оболочке, обнаружено явление альтернантности термочувствительности в зависимости от числа слоев оболочки – с нечетным числом слоев сжимаемость больше, чем с четным. На примере транспортных белков крови – гемоглобина и бычьего сывороточного альбумина исследована зависимость термочувствительности микрокапсул от количества, степени ионизации и конформационного состояния инкапсулированного белка. С применением флуоресцентного зонда мероцианина-540 исследовано строение нанослоевых оболочек полиэлектролитных микрокапсул содержащих и не содержащих белок и сформированных из поочередных слоев полиаллиламина и полистиролсульфоната. Из анализа полученных экспериментальных данных предложена модель строения оболочек микрокапсул, основными характеристиками которой является наличие одиночных полиэлектролитов на поверхности капсулы и дуплексов интерполиэлектролитных комплексов внутри. Определены предельные значения интенсивности флуоресценции и константы скорости связывания М540 с микрокапсулами с различным числом слоев. Показано, что полиэлектролитные микрокапсулы обоих типов претерпевают с течением времени структурные изменения, ведущие к их уплотнению. Определено количество полиэлектролитных слоев, оптимальное для формирования наиболее регулярной и стабильной во времени оболочки.Методами адиабатичеcкой диффеpенциальной cканиpующей микpокалоpиметpии, cобcтвенной белковой флуоpеcценции и кpугового диxpоизма иccледована темпеpатуpная cтабильноcть цитоплазматичеcкого феpмента цикла гликолиза – лактатдегидpогеназы из мышцы cвиньи в комплекcе c анионным полиэлектpолитом полиcтиpолcульфонатом. Калоpиметpичеcкое иccледование комплекcа феpмента c полиcтиpолcульфонатом в фоcфатном буфеpе pН 7,0 показало, что темпеpатуpа пеpеxода и энтальпия тепловой денатуpации лактатдегидpогеназы pезко уменьшаетcя c pоcтом веcового cоотношения полиcтиpолcульфонат/лактатдегидpогеназа, xотя пpи 20°C феpментативная активноcть лактатдегидpогеназы cоxpаняетcя в течение неcколькиx чаcов незавиcимо от добавления полиcтиpолcульфоната. Показано, что пpиcутcтвие ионов фоcфата в cpеде cтабилизиpует феpмент как к тепловой денатуpации, так и к инактивации полиэлектpолитом. Шабарчина В связи с реорганизацией Лаборатории физической и радиационной химии биополимеров и в соответствии с решением Ученого совета ИТЭБ РАН от 25.12.2008 г. был создан Сектор физической химии биополимеров. Сектор физической химии биополимеров 1. Ферменты в интерполиэлектролитном комплексе. Стабильность, структура и функционирование.2. Физико-химические основы создания сенсорных систем с использованием ферментсодержащих полиэлектролитных микрокапсул. За последние пять лет сектор физической химии биополимеров сотрудничал со следующими лабораториями и организациями:Внутри Института (ИТЭБ РАН)- Лаборатория кристаллофизики и рентгеновских исследований- Лаборатория ультраструктуры нейрона С лабораториями и кафедрами других учреждений- Лаборатория биоорганических структур, Институт кристаллографии РАН,- Кафедра физической химии Химического факультета МГУ,- Институт биоорганической химии РАН,- Институт биофизики клетки РАН, - Институт биологического приборостроения РАН,- Факультет нано- и биомедицинских технологий, Саратовский Государственный университет.С международными организациями- Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Golm/Potsdam, Germany,- Depart. of Engineering and Materials Sciences Queen Mary University of London, London, United Kingdom. 020 сектор
Лаборатория кристаллофизики и рентгеноструктурных исследований с использованием синхротронного излучения
Вазина Альвина Андреевна - зав. лаб., кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Вазина Альвина Андреевна 143

143 11 012 1967 28.10.2011 1.На основе использования никующей эндонуклеазы N.BspD6I в сочетании с флуоресцентным олигонуклеотидом (молекулярным биконом) предложен метод, который позволит усилить в 100 раз флуоресцентный сигнал в ряде диагностических методов. 2. Найдена эндонуклеаза рестрикции BspLU11I, узнающая в ДНК уникальную последовательность. Эта эндонуклеаза расширяет возможности клонирования ДНК в векторные ДНК, предназначенные для экспрессии белков. 3. Рентгенодифракционные и рентгеноспектральные исследования, проведенные нами на образцах интактной ткани, позволили сформулировать концепцию о дуалистическом характере природы структурных элементов, формирующих упорядоченный каркас ткани, в котором сопряжены конформационно стабильные элементы фибриллярных белковых структур цитоскелета клетки и конформационно лабильные протеогликановые структуры межклеточного матрикса. Использование синхротронного излучения позволило получить уникальные результаты о структуре фибриллярных структур межклеточного матрикса в нативной ткани, которые ранее не исследовали рентгенографически из-за относительно малой концентрации этих компонентов в ткани. Тема 46. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов. Методы и техника 1. Для Синхротронного Центра московского региона на накопителе «Сибирь-2» (РНЦ «Курчатовский Институт») разработана малоугловая фокусирующая станция с высоким временным разрешением ДИКСИ «дифракционное кино». Станция предназначена для широкого класса исследуемых объектов (биология, физика, химия, материаловедение). Фокусирующий монохроматор расположен перед полисекционной системой фокусирующих зеркал из плавленого кварца с различными покрытиями, что обеспечивает максимальную входную апертуру и оптимальную фокусировку пучка СИ. Модульный принцип построения позволяет гибко менять оптико-геометрические параметры, что позволят легко оптимизировать их для широкого класса задач. Модули и промежутки между ними вакуумируются. Предусмотрена регистрация рассеянного излучения однокоординатным пропорциональным беспараллаксным детектором нового поколения ОД-3 со скоростью счета до 10Мгц. Разработан специализированный узел образца для исследования мышцы в различных режимах сокращения, являющийся комплексом различных технических устройств, обеспечивающих жизнедеятельность образца в условиях, близких к физиологическим. Узел образца снабжен контрольно-измерительными датчиками, отслеживающими физическое, химическое и физиологическое состояние объекта, предусмотрена возможность изменения ориентации образца относительно рентгеновского пучка. Все элементы рентгенооптической системы и узла образца станции управляются дистанционно. 2. На накопителе ВЭПП-3 (ИЯФ СО РАН, Новосибирск) при энергии квантов 34 КэВ проведено испытание двухкристальной схемы спектрометра с одинаковыми симметричными кристаллами в геометрии Лауэ для получения двумерных фазоконтрастных изображений биологических образцов в целях медицинской диагностики. Техника сканирования для получения изображений больших размеров была отработана на лабораторном источнике рентгеновского излучения ИРИС-3, оснащенном трубками с Cu и Mo- анодами. Проведены предварительные исследования рентгенконтрастирующих средств на основе мелкодисперсных эмульсий, избирательно увеличивающих малоугловое диффузное рассеяние структурных элементов ткани. Предложен новый метод дифракционной фазоконтрастной радиографии на основе ультрамалоугловой рентгеновской дифракции от биологических структур с трансляционной симметрией микронной периодичности решетки 0,1 – 10 мкм. Метод разработан с использованием интенсивного когерентного синхротронного излучения (СИ) источника 3-го поколения (ESRF, Гренобль), станция ID22. Исследовались интактные и изолированные поперечно-полосатые скелетные мышцы лягушки с различной степенью сокращения в диапазоне 2-4 мкм. Для всех образцов получены фазоконтрастные изображения с отчетливой поперечной исчерченностью, соответствующей степени сокращения мышцы. Решена обратная задача реконструкции двумерного фазооптического профиля плотности исследуемого объекта на основе любого случайно выбранного фрагмента пространственного распределения интенсивности в фазоконтрастном изображении мышцы Рассчитанная периодичность восстановленного фазооптического профиля соответствует периодичности реальной структуры исследованных мышц. Таким образом, метод фазоконтрастной дифракционной радиографии делает «живые решетки» видимыми в жестком когерентном излучении. Метод может быть использован для медицинской диагностики различных патологий мышечной ткани, таких как многочисленные типы контрактур, гипертрофия, дистрофия, астения, склеротическая дегенерация, кальцинация сердечных клапанов, образование холестериновых или амилоидных бляшек и других новообразований. Тема 46. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов. Молекулярная биофизика (1) 3. Предложена наноструктурная модель гигантского мультидоменного белка титина, имеющего огромное значение для нормальной функциональной механики как скелетных, так и сердечных мышц. Проведены исследования динамики структуры ориентированных нитей титина при растяжении методами дифракции под малыми и большими углами (SAXS/WAXS) с использованием синхротронного излучения ESRF (Гренобль, Франция) и рентгеновского излучения лабораторной установки GX-20 (Пущино, Россия). В процессе растяжения высокоэластичного титинового геля отчетливо выявлялись три стадии [Vazina, A.A. et al. NIM (2005) A543, 148-152]: (1) стадия линейного растяжения, (2) «стационарное» растяжение – при неизменной силе происходит многократное (до 500%) удлинение нити и заметное ее сужение, т.е. формирование шейки, (3) дальнейшее увеличение силы приводит к разрыву титиновой нити. Структурная морфология молекулы титина была смоделирована нами по SAXS/WAXS рентгенограммам титиновых нитей в комбинации с кристаллографическими данными гомологичных белков. Предложена наноструктурная модель гигантской одноцепочечной молекулы мультидоменного белка, жесткие кристаллические домены которого валентно связаны короткими конформационно вариабельными петлями полипептидной цепи. В качестве базисных единиц при моделировании были выбраны конформационно стабильные исходные субъединицы: мономер FN3 (фибронектинового) типа и 2 димера Ig (иммуноглобулинового) типа. В димерах домены соединены либо короткой петлей под углом, близким к прямому, либо в устойчивую линейную конфигурацию за счет протяженного beta-тяжа, который является общим для двух соседних доменов. В модели молекула титина рассматривается как одноосная апериодическая структура, в которой ориентации кристаллических доменов относительно оси фибриллы различны, что обуславливает появление только экваториальных (SAXS) и кольцевых (WAXS) рефлексов. Линейная группа симметрии молекулы титина определена нами как SM с трансляцией вдоль оси τ,(infinity). Нами установлено, что два хорошо известных диффузных кольца с периодами 0.46 и 0.98 нм на рентгенограмме мышцы обусловлены структурой β,-баррелов титина. Сформулированы физические основы механизма эластичности титина в рамках теории фазовых переходов в кристаллических полимерах под действием механических сил: в зависимости от ориентации приложенной силы степень кристалличности доменов, ориентированных вдоль направления силы, в процессе растяжения увеличивается, а структура доменов становится более жесткой. Степень кристалличности доменов, ориентированных перпендикулярно вектору сил, уменьшается вплоть до полного плавления структуры beta-бочки и перехода ее в расплавленный рыхлый клубок полипептидной цепи, за счет чего и происходит значительное увеличение длины фибриллярной молекулы титина при растяжении. В стационарной стадии механического растяжения титина выявлено двухфазное разделение структуры в нано-диапазоне, когда в одной линейной макромолекуле устойчиво сосуществуют кристаллическое и расплавленное состояние полипептидной цепи. Это уникальное состояние структуры, присуще, по-видимому, только биологическим ковалентно связанным мультидоменным макромолекулам, способным обеспечивать как высокую податливость, так и жесткость функционирующей системы. 4. Рентгендифракционные и спектральные исследования с использованием синхротронного излучения проведены на широком круге тканей человека и животных. Были проведены работы по исследованию структуры волоса как представительной модели эпителиальных тканей. На всех рентгенограммах интактных образцов выявлена серия Брэгговских отражений с периодом идентичности 4.5 нм в виде экваториальных дуг или дебаевских колец. Природа кольцевого рефлекса 4.5 нм атрибутирована нами как обусловленная структурой протеогликановых макромолекул межклеточного матрикса: рефлекс 4.5 нм отражает периодический характер прикрепления полисахаридных цепей к белковому кору. Интенсивность и угловая ширина рефлексов меняется в широких пределах, однако период идентичности 4.5 нм остается инвариантным для всех тканей при любых воздействиях. Проведено также изучении особенностей структуры поперечного сечения волоса, когда рентгеновский пучок направлен вдоль оси волоса. Эти эксперименты были выполнены на станции малоугловой дифрактометрии с микропучком ID18 ESRF (фокусное пятно размером 1.5 мкм по вертикали и 8 мкм по горизонтали, энергия 20 кэВ) и BM26 DUBBLE-CRG/ESRF (размер пучка СИ на образце 0.2 х 0.2 мм2, длина волны 0.124 нм, расстояние образец-детектор 1.5 м). На всех рентгенограммах поперечного сечения волоса регистрируется диффузное дифракционное кольцо с периодом 9.0 нм. Этот рефлекс на рентгенограммах волоса регистрируется впервые. Мы атрибутировали его как обусловленный упаковкой внутриклеточных фибриллярных структур цитоскелета, а именно, упаковкой кератиновых промежуточных филаментов. Появление хорошо известного кольца 4.5 нм и его более высоких порядков на рентгенограммах волоса не зависит от ориентации волоса относительно рентгеновского пучка. Это кольцо, как было показано нами ранее, обусловлено протеоглюкановыми структурами межклеточного матрикса, которые теряют анизотропию при взаимодействии с катионами металлов, проникающими в ткань волоса. Были проведены эксперименты по исследованию структурной динамики волос при их растяжении до 150%. Зарегистрировано изменение на 20% положения рефлекса 6.7 нм, обусловленного периодичностью кератиновой суперспирали промежуточных филаментов цитоскелета. Рефлексы, обусловленные межклеточным матриксом, не меняют своей периодичности при растяжении. Обнаружена корреляция между изменениями дифракционной картины биологических тканей и изменением элементного содержания ткани, показана особая роль катионов кальция. Элементный анализ волос проводили на станции рентгенфлуоресцентного анализа SR-XRFA (ВЭПП-3, Новосибирск). Начаты исследования структурно-функциональной устойчивости биологических тканей к влиянию патогенных факторов на образцах шерсти различных животных из уникальной репрезентативной коллекции, предоставленной нам ФИБ-1, Челябинск-65. Существенным преимуществом использования шерсти перед традиционно исследуемыми волосами человека является содержание животных в строго стандартизованных условиях вивария (возраст, пол, рацион питания и др.). Показано, что малоугловая дифракционная картина шерсти животных обусловлена как фибриллярными структурами кератиновых промежуточных нитей цитоскелета, так и протеогликановыми фибриллами межклеточного матрикса с периодом 4.5 нм. Выявлена корреляция между изменениями дифракционной картины образцов шерсти и изменением их элементного содержания. При увеличении содержания в образце катионов металлов увеличивается интенсивность и угловой раствор рефлекса 4.5 нм вплоть до образования полного кольца, период идентичности меридиональных и экваториальных рефлексов, обусловленных кератином, не меняется. Предложена концепция о протекторной роли вводно-липидной мантии, экранирующей ткань шерсти и волоса от агрессивного воздействия окружающей среды, и тем самым обеспечивающей структурный гомеостазис ткани in vivo. Тема 46. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов. Молекулярная биофизика (2) 5. Определена с разрешением 1.8 Å, пространственная структура никующей эндонуклеазы N.BspD6I, получены кристаллы и определены параметры кристаллической ячейки ДНК-метилтрансферазы NlaX, подобраны условия получения кристаллов С-белка. Все белки являются компонентами бактериальных систем рестрикции-модификации, которые (компоненты) благодаря уникальной точности взаимодействия с ДНК традиционно рассматриваются как идеальные модели для изучения ДНК-белкового взаимодействия. Подбор условий кристаллизации белков проводили на базе нашей Лаборатории. Рентгеноструктурный анализ белковых кристаллов проводили на синхротроне DESY (Гамбург, Германия) совместно с Лабораторией структурной биологии и динамики белков (Институт Макса Планка). Cайт-специфические ДНК-никазы являются новым классом ферментов. Никазы узнают в двухцепочечной ДНК короткую специфическую последовательность (сайт) и вносят разрыв (ник) только в определенную цепь ДНК в фиксированном положении внутри или вне сайта узнавания. Природные никазы представлены пока ограниченным числом ферментов, один из них, никаза N.BspD6I, был найден нами в бактериальном штамме Bacillus species D6 и охарактеризован. Никаза N.BspD6I узнает псевдосимметричный сайт 5'-GAGTC-3'/5'-GAСTC-3' и расщепляет на расстоянии 4 нуклеотидов от 3'-конца сайта ту цепь ДНК, которая содержит последовательность GAGTC. Ген никазы был клонирован и секвенирован. Был сконструирован штамм E.coli-суперпродуцент никазы, что позволило нарабатывать никазу высокой степени чистоты (>95%) в препаративных количествах. Это, в свою очередь, позволило поставить задачу попытаться получить кристаллы никазы и определить ее пространственную структуру. Эта задача успешно решена: структура определена с разрешением 1.8 Å,. Практическая потребность в никазах при ограниченности количества природных никаз стимулировала в мире работы по конструированию на основе известных эндонуклеаз рестрикции (рестриктаз) никаз с новыми специфичностями. Определение структуры никазы позволит более целенаправленно осуществлять конструирование никаз, узнающих новые последовательности. 6. Специфическое внесение ника в ДНК – востребовано в целом ряде лабораторных методик, таких как ник-трансляция, сайт-специфический мутагенез, получение ДНК с никами и брешами для изучения репарации ДНК и других. В последние годы никазы стали использовать в качестве нового молекулярного инструмента для развития разнообразных биотехнологий, таких как амплификация ДНК и специфических олигонуклеотидов, мотора, передвигающего фрагмент ДНК по ДНК. Предполагается, что ряд проблем компьютерной технологии, основанной на ДНК, может быть преодолен с использованием никаз. Один из методов, основанный на сочетании никазы с молекулярным биконом, предложен нами и апробирован на модельной системе. Молекулярный бикон - это олигонуклеотид, имеющий структуру шпильки с петлей. Петля содержит последовательность, комплементарную искомой мишени (например, вирусной ДНК), а шпилька содержит на одном конце флуорофор, а на другом - тушитель флуоресценции, который, находясь в шпильке в непосредственной близости к флуорофору "гасит" его излучение. При гибридизации бикона с мишенью шпилька плавится, флуорофор и тушитель расходятся на такое расстояние, что излучение флуорофора уже не поглощается тушителем, и раствор начинает "светиться". По степени флуоресценции судят о наличии и количестве ДНК-мишени в пробе. В предлагаемом нами методе в петлю включается последовательность той цепи сайта никазы, которая расщепляется никазой. При гибридизации бикона с мишенью никаза расщепляет петлю бикона, фрагменты бикона отделяются от мишени, и с мишенью может гибридизоваться очередной бикон. Принципиальным отличием предложенного нами метода является то, что на одной и той же мишени многократно повторяется процесс гибридизации бикона и его расщепление, в результате чего флуоресцентный сигнал накапливается. Преимуществом метода является также то, что реакция идет при постоянной температуре, не требует дезоксинуклеозидтрифосфатов, и при решении ряда задач можно не прибегать к ПЦР-амплификации. Как отмечалось выше, метод успешно опробован на модельной системе. Предполагается опробовать его для диагностики гепатита В. 7. Проведено калориметрическое, денситометрическое и акустическое исследование термодинамики и кинетики зарождения твердой фазы внутри жидкой в липидной мембране дипальмитоилфосфатидилхолина (DPPC) и димиристоилфосфатидилхолина. Изучено влияние пальмитиновой кислоты и гипоксена на фазовый переход в DPPC. Показана роль фазовой сегрегации насыщенных длинноцепочечных жирных кислот с 2-валентными катионами металлов в формировании липидной поры в бислойной мембране. 8. Применение спектральных методов - флуоресцентной спектроскопии, кругового дихроизма, спектрофотометрии, а также микрокалориметрии и стационарной ферментативной кинетики показало неспецифическое ингибиторное действие эндогенных и синтетических полиэлектролитов на большое число ферментов. Этот эффект имеет фундаментальное значение при изучении клеточного метаболизма в целом и в частности при изучении механизмов адаптации организма к стрессовым воздействиям, а также при выборе полиэлектролитов для конструирования биотехнологических систем. 9. Разработана методология создания интерполиэлектролитных нано- и микрокапсул с включенными ферментами с целью создания нано- и микрореакторов, способных найти применение в биотехнологиях, медицине и некоторых областях промышленности. Основной особенностью метода является получение составных микрокапсул, образованных на твердой основе из CaCO3-белок сферолитов с последующей послойной намоткой специально подобранных противоположно заряженных пар полиэлектролитов. Вазина Альвина Андреевна Вазина (род. в 1931 г., в г.Новосибирске) с 1967 г. – заведующая лабораторией Института Биофизики. Вазина Альвина Андреевна – автор и соавтор более 150 публикаций, в том числе двух монографий, под ее руководством защищено 7 кандидатских диссертаций и большое количество дипломных работ. Коллектив сотрудников во главе с А.А.Вазиной награжден в 1979 году Премией Совета Министров СССР. В настоящее время она читает курс лекций «Синхротронное излучение в биологии и медицине» на кафедре оптики и спектроскопии физического факультета МГУ. Альвина Андреевна являлась членом ряда Научных Советов, Оргкомитетов международных и отечественных конференций и школ. Лаборатория является соисполнителем федеральной научно-технической программы «Изучение механизмов и процессов взаимодействия синхротронного излучения с конденсированными средами и биологическими объектами». Альвина Андреевна была пионером среди физиков, более тридцати лет назад начавших использование синхротронного излучения мощных электронных накопителей для исследований объектов биологической природы. Уникальные особенности синхротронного излучения – широкий спектр излучения большой интенсивности, высокая степень естественной коллимации пучка, в сочетании с использованием чувствительных детекторов с высоким пространственным и временным разрешением, обусловили революционный прорыв в физике рентгеновских методов, используемых для исследования биологических образцов. Лаборатория начала изучение динамики структуры мышцы с высоким временным разрешением, для этих работ сотрудниками были сконструированы несколько малоугловых фокусирующих камер, включающих устройство для контролируемого изменения параметров образца и оборудование для управления экспериментом и компьютерной обработки экспериментальных данных. Впервые в мире совместно с ИЯФ СО РАН разработана оригинальная экспериментальная техника скоростной дифрактометрии «дифракционное кино», позволяющая исследовать с высоким временным разрешением структурную динамику биомолекул в процессе функционирования клетки [Vazina A.A. et al. NIM, 1995, 1998]. Вазина А.А. автор гипотезы о генерации силы вследствие неспецифических взаимодействий между элементами с различной периодичностью и симметрией (несоизмеримые структуры) [Vazina A.A., NIM, 1987]. Ею впервые было начато исследование утомленной мышцы. При релаксации свежей мышцы восстановление структуры к исходному уровню происходит быстро. В утомленной мышце цикл изменений интенсивности экваториальных рефлексов (10) и (11) замедляется и при сильном утомлении кривая вообще не возвращается к исходному уровню. Стимуляция такой утомленной мышцы вторым стимулом с соответствующим межимпульсным интервалом иногда приводит к восстановлению кинетики изменения интенсивности экваториальных рефлексов. Этот эффект получил название "реанимационного" [Vazina A, et al. An.Rep. DESY, EMBL, 1996]. Лаборатория организована в 1967 году. Лаборатория кристаллофизики и рентгеноструктурных исследований с использованием синхротронного излучения Научные направления лаборатории: Молекулярная биофизика (1) Структурная биология ткани: исследование наноструктурного механизма модификационной адаптации в норме и при патологической трансформации методами малоугловой дифракции с высоким временным разрешением, рефракционной интроскопии и флуоресценции с использованием рентгеновского синхротронного излучения Методы и техника Использование синхротронного излучения для целей медицинской диагностики: разработка метода и техники формирования фазоконтрастных рентгеновских изображений слабопоглощающих биологических объектов в жестком диапазоне длин волн с целью радикального повышения информативности и снижения радиационной дозы. Разработка методики и создание техники рентгеновского дифракционного кино с высоким временным разрешением для исследования структурно-функциональных механизмов биологических систем. Научный руководитель темы – к.ф.-м.н. А.А. Вазина Бюджетное финансирование, гранты РФФИ: № 99-02-17879_а (1999-2001) «Исследование динамики надмолекулярной структуры сократительного аппарата поперечно-полосатой мышцы методом скоростной дифрактометрии с использованием синхротронного излучения» № 00-02-17469_а (2000-2002) «Теоретическое и экспериментальное изучение особенностей формирования фазоконтрастных рентгеновских изображений слабо поглощающих объектов в жестком диапазоне длин волн синхротронного излучения (0.02 – 0.1 нм)» № 00-02-17272_а (2000-2002) «Исследование структуры и структурной динамики гигантского фибриллярного мультидоменного белка титина рентгендифракционными методами с использованием синхротронного излучения» № 01-02-97041_р2001подмосковье_а (2001-2003) «Исследование особенностей структуры эпителиальных тканей методами рентгеновской малоугловой дифрактометрии и флуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения» № 02-02-16836_а (2002-2004) «Применение синхротронного излучения в рентгеновских дифракционных и флуоресцентных исследованиях человеческого волоса как структурной модели эпителиальной ткани» № 03-02-17409_а (2003-2005) «Исследование структуры и структурной динамики гигантского фибриллярного мультидоменного белка титина рентгендифракционными методами с использованием синхротронного излучения» № 04-02-17389_а (2004-2006) «Исследование структурной динамики поперечно-полосатой мышцы в процессе сокращения методом малоугловой рентгеновской дифракции с высоким временным разрешением с использованием синхротронного излучения» № 04-02-97260_р2004наукоград_а «Использование синхротронного излучения для исследования структуры тканей человека при воздействии патогенных факторов» № 04-02-17301_а (2004-2006) «Сравнительное исследование структурной стабильности слизистых секретов различных отделов желудочно-кишечного тракта методами рентгеновской флуоресценции и малоуглового рассеяния с использованием синхротронного излучения» № 05-02-17708_а (2005-2007) «Рентгендифракционные и спектральные исследования нативных и модифицированных биологических тканей» № 06-02-16933_а (2006-2008) «Исследование возможностей рентгеновской фазоконтрастной радиографии при использовании синхротронного излучения с ограниченной когерентностью» № 07-02-01281_а (2007-2009) «Исследование структурной динамики третьей фибриллярной системы мышцы в процессе сокращения методом рентгеновской дифракции с высоким временным разрешением на основе использования синхротронного излучения» № 09-04-92663_ИНД (2009-2010) «Изучение внеклеточных фибриллярных биополимеров – волокон природного шелка, белкового каркаса шелка и протеогликановых фибрилл как слизи, так и межклеточного матрикса ткани» № 10-02-01121_а (2010-2012) «Использование синхротронного излучения для SAXS/WAXS исследований наноструктурной динамики белков представителей иммуноглобулинового суперсемейства» № 11-02-00706_а (2011-2013) "Исследование наноструктурной динамики протеогликанового каркаса нативных эпителиальных тканей в различных физиологических состояниях" Молекулярная биофизика (2)Клонирование, секвенирование и определение пространственной структуры ферментов систем рестрикции-модификации. Разработка методов их применения в генодиагностике. Расчет электростатического поля ферментов для изучения ДНК-белкового взаимодействия. Научный руководитель темы – д.б.н. Л.А. Железная Бюджетное финансирование, гранты РФФИ: № 99-04-48272_а (1999-2001) «Изучение механизмов регуляции экспрессии генов систем модификации-рестрикции № 03-04-48967_а (2003-2005) «Определение пространственной структуры сайт-специфической никазы N.BspD6I» № 04-04-97313_р2004наукоград_а (2004-2006) «Разработка принципиально новых методов гибридизации и изотермической амплификации ДНК для диагностики вирусных и наследственных заболеваний на основе сайт-специфических никаз» № 06-04-48947_а (2006-2008) «Определение пространственной структуры сайт-специфической никазы N.BspD6I в комплексе с ДНК» Внутри Института Сектор физической химии биополимеров, к.б.н. Шабарчина Л.И. Тема: Фермент-интерполиэлектролитные комплексы. Структура и функциональные свойства Лаборатория системной организации нейронов, д.б.н. Кичигина В.Ф. Тема: Использование синхротронного излучения различных электронных ускорителей для разработки новых методов структурной биологии ткани и адаптации традиционных методов для целей медицинской клинической диагностики. Лаборатория функциональной гистохимии, д.б.н., проф. Буданцев А.Ю. Тема: Использование синхротронного излучения различных электронных ускорителей для разработки новых методов структурной биологии ткани и адаптации традиционных методов для целей медицинской клинической диагностики. С лабораториями и кафедрами других учреждений Тема 46. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов «Кристаллизация ДНК метилтрансфераз (SsoII и NlaX) и эндонуклеаз рестрикции с целью установления их пространственной структуры». г.н.с. Матвиенко Н.И. (Институт белка РАН), д.ф.-м.н. Карягина А.С. (лаборатория молекулярной диагностики и генной инженерии ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН), с.н.с., к.х.н. Кубарева Е.А. (отдел химии нуклеиновых кислот НИИ физико-химимческой биологии им. А.Н. Белозерского) Тема 46. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов "Структурная биология ткани: исследование наноструктурного механизма модификационной адаптации в норме и при патологической трансформации методами малоугловой дифракции с высоким временным разрешением, рефракционной интроскопии и флуоресценции с использованием рентгеновского синхротронного излучения" Отделение биологических наук РАН: Институт биофизики клетки (ИБК) РАН, г. Пущино Институт математических проблем биологии (ИМПБ) РАН, г. Пущино Институт белка (ИБ) РАН, г. Пущино Отделение физических наук РАН: Институт ядерной Физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ) СО РАН, г.Новосибирск Физический Институт им. П.Н. Лебедева (ФИАН) РАН, г.Москва Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе (ИТ) СО РАН, г.Новосибирск Отделение химии и наук о материалах РАН: Объединенный институт катализа (ОИТ) СО РАН, г.Новосибирск Институт химической кинетики и горения (ИХКГ) СО РАН, г.Новосибирск Институт химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН, г.Новосибирск Институт неорганической химии (ИНХ) СО РАН, г.Новосибирск Институт высокомолекулярных соединений (ИВС) РАН, г.Санкт-Петербург Институт химии силикатов (ИХС) РАН, г.Санкт-Петербург Отделение наук о земле РАН: Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии (ОИГГиМ) СО РАН, г.Новосибирск Отделение нанотехнологий и информационных технологий РАН: Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов (ИПТМ) РАН, Черноголовка, Московская обл. Институт аналитического приборостроения (ИАиП) РАН, г.Санкт-Петербург ГУ НИИ пульмонологии (НИИП ) РАМН, г.Москва ГУ Центральный Научно-исследовательский кожно-венерологический институт (ЦНИКВИ) МЗ РФ , г.Москва Научно-исследовательский институт морфологии человека (НИИМЧ) РАМН, г.Москва Российский онкологический научный центр им.Н.Н.Блохина (РОНЦ) МЗ РФ, г.Москва Больница Пущинского научного центра, г.Пущино 12-я городская клиническая больница, г.Новосибирск Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет Московская Сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева, г.Москва НИИ физических проблем, г.Зеленоград Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, г. Киев Индийский Институт технологий, отделение биотехнологий, г. Кхарагпур, Индия Cинхротронные центры: ВЭПП-3 (Новосибирск), «Сибирь-2» (РНЦ «Курчатовский институт», Москва), Daresbury (Англия), DESY (Германия), ESRF (Франция). Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев, Киевский Национальный университет им. Т.Г.Шевченко, кафедра физики 012 лаборатория
Лаборатория структуры и функции мышечных белков
Вихлянцев Иван Милентьевич - в.н.с., кандидат биологических наук
Вихлянцев Иван Милентьевич 206

206 16 007 1991 19.04.2006 - Открытая нами структурная Са-чувствительность миозина разных мышц позвоночных, является показателем его нативности и нативности его легких цепей. Этот показатель включен в паспортизацию препаратов миозина. - Определенный нами порог обратимости изменен - Впервые обнаружены Са-зависимые структурные переходы в миозиновых нитях скелетных, сердечных и гладких мышц позвоночных как прямое доказательство роли миозина в Са-регуляции сокращения этих мышц. Са-зависимые обратимые переходы мостиков типа «порядок-бе Подлубная C 1961 по 1965 год З.А. Подлубная вела педагогическую деятельность на биологическом факультете МГУ. После защиты кандидатской диссертации в 1965 году была переведена из МГУ в Институт биологической физики АН СССР (в настоящее время -Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН). С 1965 г. - руководитель группы по изучению структурно-функиональных свойств мышечных белков. С 1991 г. возглавляет Лабораторию структуры и функции мышечных белков ИТЭБ РАН. В 1993 году З.А. Подлубной присвоено ученое звание профессора. Педагогическая деятельность профессора З.А.Подлубной продолжается в Пущинском Государственном университете. С 1990 г. - председатель секции "Биологическая подвижность" Научного Совета РАН по биологической физике. Автор и соавтор более 350 публикаций. Лаборатория организована в 1991 г. на базе группы по изучению мышечных белков, созданной в Институте Биофизики АН СССР в 1965 году. Лаборатория структуры и функции мышечных белков #ИМЯ? - Изучение изоформного состава и функциональных свойств мышечных белков при воздействии экстремальных условий (зимняя спячка млекопитающих, гипогравитация). - Изучение изменений в изоформном составе сократительных и цитоскелетных белков при патологии (с Лаборатория активно сотрудничала и сотрудничает с другими научными подразделениями ИТЭБ РАН и Института биофизики клетки РАН (Пущино), а также с рядом научных организаций и учреждений в России и за рубежом. Среди них Биологический факультет МГУ (Москва), НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского (Москва), Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН (Москва), Институт цитологии РАН (Санкт-Петербург), Институт биологии моря ДВНЦ РАН (Владивосток), ФГУ "Российский кардиологический научно-производственный комплекс" РАМН (Москва), ГНЦ РФ, Институт медико-биологических проблем РАН (Москва), НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ РФ (Москва), Российский Научный центр хирургии РАМН (Москва), Институт белка РАН (Пущино), Больница Пущинского научного центра РАН (Пущино), Институт экспериментальной биологии им. М.Ненцкого ПАН (Варшава, Польша), Институт зоофизиологии (Мюнстер, Германия), Центр молекулярной медицины им. М. Дельбрюка (Берлин, Германия), Институт физиологии Гейдельбергского университета (Гейдельберг, Германия), Вашингтонский университет, факультет биоинженерии (Сиэтл, США), Бостонский биомедицинский научно-исследовательский институт (Уотертаун, США). 007 лаборатория
Лаборатория экспериментальной нейробиологии
Годухин Олег Викторович - зав. лаб., доктор биологических наук, профессор
Годухин Олег Викторович 132

132 14 031 2004 25.10.2010 1. На модели наследственных аудиогенных судорог у грызунов выявлено антисудорожное действие мелатонина. 2. Было показано, что в популяции крыс линии КМ существуют значительные различия в эффективности антиконвульсанта диазепама купировать аудиогенный судорожный припадок. 3. На примере нестероидного противовоспалительного препарата индометацина показана эффективность этой группы фармакологических агентов как нейропротекторов при каинатной модели эпилептогенеза. 4. Выявлено антигипоксическое и противосудорожное действие антивоспалительного цитокина интерлейкина-10. Гипервозбудимость нейронов, связанная с нарушением функционирования рецепторов к нейромедиаторам, мембранных каналов (каналопатия) и внутриклеточных сигнальных систем может приводить к ряду серьезных заболеваний мозга, к которым, в частности, относятся судорожные и нейродегенеративные расстройства, а также нарушения в когнитивной деятельности. На клеточном уровне трансформация нормального паттерна активности нейронов в пароксизмальный при развитии гипервозбудимости может быть индуцирована такими стрессовыми факторами как гипоксия, ишемия, эпилептогенные стимулы и токсины. Поэтому изучение фундаментальных механизмов, лежащих в основе гипервозбудимости нейронов мозга, а также разработка способов предотвращения и компенсации этих нарушений имеет чрезвычайно важное социально-ориентированное значение. В рамках этой проблемы нашей лабораторией были получены следующие важнейшие результаты. 1. Впервые были разработаны модели киндлинга (раскачки) in vitro на переживающих срезах гиппокампа, с помощью которых были выявлены клеточно-молекулярные механизмы пластических перестроек в активности нейронов, лежащие в основе развития гипервозбудимости нейронов мозга. В этих моделях кратковременные повторяющиеся эпизоды высокой внеклеточной концентрации калия, удаления внеклеточного магния или гипоксии индуцируют устойчивое снижение порога вызванных эпилептиформных разрядов в поле СА1 срезов гиппокампа (in vitro киндлинг-подобное состояние). Развитие этого состояния ключевым образом зависело от функциональной активности L-типа потенциал-регулируемых Са2+-каналов, NMDA- и АМРА- рецепторов к возбуждающему нейромедиатору глутамату, но не от функциональной активности ГАМКА и ГАМКБ рецепторов к тормозному нейромедиатору ГАМК. Были получены данные, что антивоспалительный цитокин интерлейкин-10 и провоспалительный цитокин фактор некроза опухоли альфа способны устранять развитие эпилептиформной активности нейронов мозга, вызванное гипоксией. 2. На модели наследственных аудиогенных судорог (крысы линии Крушинского- Молодкиной – КМ и мыши линии DВА/2J) впервые обнаружены изменения содержания и цАМФ- и Са2+/кальмодулин-зависимого фосфорилирования нейроспецифического, ассоциированного с микротрубочками белка МАР2 в различных структурах мозга КМ и DBA/2J, а также изменения микротубулярного цитоскелета апикальных дендритов пирамидных нейронов поля СА3 гиппокампа крыс линии КМ по сравнению с Вистар. Полученные результаты доказывают существование генетически-детерминированных различий динамического процесса сборки/разборки микротубулярного цитоскелета нейронов в мозге нормальных животных и животных с наследственной предрасположенностью к судорогам. 3. Впервые было показано, что у животных с наследственной предрасположенностью к судорогам в различных структурах мозга существуют генетически детерминированные изменения в содержании Са2+/кальмодулин-регулируемых ферментов – протеинкиназы СаМКII и протеинфосфатазы кальцинейрина. Это указывает на вовлечение данных систем фосфорилирования в механизмах инициации и генерализации нейрональной гипервозбудимости. 4. С использованием таких моделей развития судорожной активности как пикротоксиновый киндлинг и введение каиновой кислоты было показано, что при индуцируемой гипервозбудимости нейронов мозга процессы извлечения следов памяти страдают в большей степени, чем их фиксация. 5. Впервые было обнаружено, что после индуцируемой судорожной активности в нейрональных и глиальных ядрах коры головного мозга крыс происходит снижение суммарных фосфолипидов и возрастание содержания свободных жирных кислот. При этом изменение мембранных фосфолипидов коррелировало с нарушениями процессов памяти у животных. Годухин К основным научным достижениям О.В. Годухина относится разработка концепции модулирующей функции нейромедиаторов, основные положения которой были изложены им в монографии “Модуляция синаптической передачи в мозге” изданной в 1987 году (Из-во Наука) и 26 научных работах, изданных в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах. Полученные в этой серии работ научные результаты были пионерскими, что отмечается другими авторами (Morari et al. Reciprocal dopamine-glutamate modulation of release in the basal ganglia. Neurochemistry International 1998, V. 33, p. 383-397). В настоящее время основной целью исследований О.В.Годухина является изучение клеточно-молекулярных механизмов развития гипервозбудимости в нейронах мозга. Всего им опубликовано 85 научных работ и одна монография. Международное признание научных исследований О.В. Годухина выразилось, в частности, в приглашении проведения совместных исследований с коллегами из Каролинского института (Стокгольм, Швеция), Института нейробиологии (Магдебург, Германия), Центра молекулярных и поведенческих исследований Рутгеровского университета (Ньюарк, США) и Брэдфордского университета (Брэдфорд, Великобритания). Он является членом Международной организации по исследованию мозга (IBRO). Наряду с научными исследованиями О.В. Годухин активно занимается педагогической деятельностью. В 1993 году им была создана первая в России учебная программа подготовки магистров по нейробиологии в рамках Пущинского государственного университета (ПущГУ). С 1994 г. по настоящее время год он работает по совместительству в должности профессора ПущГУ. С 1998 по 2000 годы работал по совместительству в должности проректора по учебной работе того же университета. О.В. Годухин был научным руководителем 7 кандидатов наук и научным консультантом 1 доктора наук. В 2004 г. решением ВАК ему было присвоено ученое звание профессора. Начало 1960-х г. - лаборатория физиологических и физико-химических основ памяти Института биофизики АН СССР (зав. -к.м.н. А.Н. Черкашин), 1976 г. - лаборатория структуры и функции синапсов Института биофизики АН СССР (зав. - д.б.н. А.Ю. Буданцев), В 1992 г. из лаборатории структуры и функции синапсов Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН была выделена отдельная научная группа по изучению механизмов синаптической передачи ИТЭБ РАН (рук. - д.б.н. О.В. Годухин), В 2004 г. на основании решения Ученого совета Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН группа по изучению механизмов синаптической передачи ИТЭБ РАН была преобразована в лабораторию экспериментальной нейробиологии ИТЭБ РАН. Лаборатория экспериментальной нейробиологии В настоящее время в лаборатории также ведутся прикладные исследования, связанные с изучением протектирующего действия антивоспалительных цитокинов и эпифизарного гормона мелатонина на повреждения клеток мозга, вызванных эпилептогенными воздействиями. В рамках научного направления по рубрикатору Отделения РАН «Физиологические механизмы адаптации. Клиническая физиология» (направление ИТЭБ РАН - изучение физико-химических основ развития и коррекции стрессовых и патологических процессов (48, 49, 50), ) лаборатория экспериментальной нейробиологии ИТЭБ РАН участвует в работе по проекту «Исследование роли мембранных рецептор-канальных комплексов, внутриклеточных сигнальных систем и межклеточных медиаторов в механизмах развития гипервозбудимости нейронов с целью разработки способов предотвращения и компенсации нарушений функций мозга». Работы проводятся по следующим направлениям: , Изучение сравнительной роли потенциал-зависимых Са2+ каналов, АТФ- и Са2+-зависимых К+ каналов, а также внутриклеточных депо Са2+ в механизмах развития гипервозбудимости нейронов мозга, , Определение участия цАМФ- и Са2+/кальмодулин-зависимой протеинкиназы II в опосредуемых соответствующими рецептор-канальными комплексами механизмах развития гипервозбудимости клеток мозга, , Изучение нарушений механизмов памяти, сопровождающих развитие гипервозбудимости в нейронах мозга, , Изучение процессов фосфорилирования субьединиц рецептор-канальных комплексов и белков цитоскелета в механизмах развития гипервозбудимости нейронов мозга. , Исследование модулирующего действия цитокинов на развитие гиперактивных состояний мозга, вызванных проконвульсантами и гипоксией. Предполагается, что исследование нарушений в функционировании каскада молекуляно-клеточных событий (ответ соответствующего мембранного рецептор-канального комплекса – изменение во внутриклеточных системах фосфорилирования – изменение в регуляции экспрессии генов –индуцируемое изменение в ответе мембранного рецептор-канального комплекса), ведущих к развитию гипервозбудимости нейронов, может иметь важное значение для разработки способов предотвращения и компенсации таких заболеваний мозга как эпилепсии, нейродегенеративные заболевания и когнитивные расстройства. Данные исследования были поддержаны: (1) грантами РФФИ: № 08-04-00002 (2008-2010), № 05-04-48907 (2005-2007), № 04-04-48587 (2004-2006), № 03-04-48787 (2003-2005), (2) грантом INTAS Open Call (97-0382) (1999 – 2001), (3) грантом Eur. Commission (00934) (2000 – 2003 гг.), (4) грантами Подмосковья: № 01-04-97008, № 99-04-97039, № 04-04-97277, (5) грантами МК: № 01-04-06027, № 02-04-06988, № 03-04-06988, (6) грантами Президента РФ для поддержки молодых Российских ученых, (7) грантами Минобрнауки: 2.1.1/3876 (2009-2010) и Гос. контракт № П610 (2010-2012), Лаборатория проводит совместные исследования со следующими научными подразделениями: Внутри Института: лабораторией системной организации нейронов ИТЭБ РАН, С лабораториями и кафедрами других учреждений РФ: (1) лабораторией физиологии и генетики поведения кафедры высшей нервной деятельности МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва), (2) лабораторией биологических испытаний ФИБХ РАН (г. Пущино), (3) лабораторией механизмов рецепции ИБК РАН (г. Пущино) С иностранными лабораториями: School of Pharmacy (Pharmacology), University of Bradford, West Yorkshire, UK (Prof. T.P. Obrenovitch), 031 лаборатория
Лаборатория механизмов организации биоструктур
Иваницкий Генрих Романович - зав. лаб., доктор физико-математических наук, профессор
Иваницкий Генрих Романович 93

93 19 010 1968 02.10.2008 1. Лабораторией решены следующие научные вопросы, имеющие практическое значение: - Проведена работа по созданию перфторуглеродных сред для управления жизнедеятельностью клеток, органов и организма, в которой принимали участие, сотрудники лаборатории. (Отмечена премией Правительства Российской Федерации. Постановление Правительства Российской Федерации от 17 марта 1999 г. № 306, г. Москва “О присуждении премий Правительства Российской Федерации 1998 года в области науки и техники“, отмечена Первой национальной премией «Призвание», 2002г. - Созданы три диагностических кабинета на базе клиник – Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова, Центр реабилитации при УД президента РФ в Кубинке, кабинет системной биотермографии при Пущинской городской больнице. На их базе разработаны научные основы диагностики сосудистых заболеваний с помощью техники матричной ИК-термографии диапазонов 3-5 и 8-12 мкм.2. Результатов научных исследований, используемые в народном хозяйстве. - Внедрены в различные области народного хозяйства за 5 лет: Создан высокоэффективный газотранспортный перфторуглеродный кровезаменитель перфторан, внедрен в ОАО НПФ «Перфторан» (подробные сведения можно получить в Internet: www.perftoran.ru ). Продается через аптечную сеть Москвы (адреса: аптека 224 “На валовой”, тел. 953-53-54, 953-01-77, метро Павелецкая, ул. Валовая 8/18, аптека 440 “ФарФорум”, тел. 116-64-38, 117-30-80, метро Коломенская, Нагатинская набережная 64, аптека 23 “У красных Ворот”, тел. 921-18-46 справка, Мясницкий проезд 3/4). - Готовится к внедрению в ближайшие годы:Ведутся клиническо-экспериментальные работы по внедрению тепловизионных диагностических методов совместно с ММА им.И.М.Сеченова и Центром реабилитации МЦ УД Президента РФ. (Работа докладывалась на заседании Президиума РАН, 13 декабря 2005 г.) Лабораторией за последние 5 лет решены следующие научные вопросы: - Открыты и изучены новые автоколебательные и автоволновые процессы в популяциях микроорганизмов. Исследован структурный полиморфизм липидиных упаковок ДНК для целей генной терапии. Обнаружена и исследована самопроизвольная подвижность липидов в системах несмешиваемых жидкостей: вода – перфтордекалин - липид. - Выявлено регулярное распределение кинкообразующих динуклеотидов (с периодом полвитка спирали) в первичной структуре промоторных ДНК, узнаваемых РНК-полимерой E.coli. В транскрибируемой части генов обнаружена регулярность в преимущественной локализации протяженных аденин-тиминовых треков с периодом 17 пар, фазированная с расположением канонических и неканонических элементов коровой части промоторов. Выявленные особенности важны для понимания специфического взаимодействия ДНК с ферментом. (ИТЭБ РАН совместно с ИБК РАН, 4.11) - Обнаружен и исследован новый класс волн в кросс-диффузионных системах. Показано, что их свойства отличаются от свойств классических автоволн. На основании теоретических и экспериментальных результатов, волны в системах с кросс-диффузией выделены в особый класс нелинейных волн. - Разработан метод визуализации подвижности воды с помощью матричных инфракрасных камер (чувствительность до 0,01[(0)] - 0,02[(0)] С). При использовании этого метода в воде при ее остывании в диапазоне температур от 40[(0)] до 27[(0)] С обнаружены ранее неизвестные динамические конвективные структуры Релея-Бенара-Марангони. Созданный метод можно также использовать для экспресс-контроля загрязненности воды. - Предложена и обоснована гипотеза о наличии в тилакоидных мембранах сети латеральных внутримембранных взаимодействий, которые вместе с межмембранными силами стыковки определяют конформацию тилакоидных систем. Иваницкий Г.Р.Иваницкий (род. 1936 г. в Москве) - биофизик, лауреат Ленинской, Государственной и Правительственной премий и первой национальной премии “Призвание” в области науки. Автор более 400 научных работ - статей, монографий и изобретений. Ему принадлежат ставшие широко известными научные работы: разработка алгоритмов трехмерной компьютерной реконструкции биообъектов, создание первого отечественного прецизионного оптического сканирующего микроскопа, открытие автоволн и исследование их роли в биологии, химии и физике, создание нового поколения сенсоров и устройств обработки информации на основе биоматериалов, разработка газотранспортного перфторуглеродного кровезаменителя перфторан. С 1974 по 1986 год возглавлял Научный центр биологических исследований АН СССР в г. Пущино, был директором Института биологической физики АН СССР (1976-1987), в 2001 году избран директором ИТЭБ РАН, с 2001 года декан ПущГУ. Лаборатория организована в 1968 году в Институте биологической физики АН СССР (с 1990 года - Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН) Лаборатория механизмов организации биоструктур Тематика исследований: Тема 1. Исследование фундаментальных механизмов нелинейных явлений в биосистемах. Разработка основ широкого класса нанотехнологий с применением молекулярно-клеточной инженерии № г.р.01.2.00703821 Биосинергетика Исследование нелинейных кооперативных процессов в биосистемах: переходы от беспорядка к упорядоченности, механизмы образования пространственно-временных диссипативных структур на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях Биоинженерия Развитие механики активных гетерогенных наносред как основы создания органических и перфторуглеродных материалов с заданными свойствами для биологии и медицины. Тепловидение Создание методов системной биотермографии с целью изучения теплопродукции биосистем, а также диагностики и контроля лечения заболеваний человека различной этиологиию Участие в разработке тем по постановлениям директивных органов, постановлениям и распоряжениям Президиума РАН и др.: Программа Президиума РАН “Фундаментальные науки – медицине” (Постановление Президиума РАН от 29.03.2005 № 10104-243)Грант РФФИ № 07-04-00363 (2007-2009) "Процессы самоорганизации в популяционных системах с кросс-диффузией". Научный руководитель темы – д.ф.-м.н. М.А.Цыганов Совместные работы с:- Дублинским университетом (Ирландия),- университетами в городах Лидс и Ливерпуль (Великобритания), - Вайсмановским университетом (Израиль), - Институтом биофизики клетки РАН, - Институт математических проблем биологии РАН, - Научно-производственной фирмой “Перфторан”, - филиалом Института биоорганической химии РАН (Россия, Пущино), - Военно-медицинской академией (Россия, Санкт-Петербург), - Центром реабилитации при Президенте РФ (Россия, Кубинка),- Институтом общей физики РАН (Россия, Москва) 010 лаборатория
Лаборатория метаболического моделирования и биоинформатики
Каминский Юрий Георгиевич - зав. лаб., доктор биологических наук, старший научный сотрудник
Каминский Юрий Георгиевич 249

249 9 003 1967 25.02.2011 Разработан способ снижения концентрации аргинина в крови с помощью аргоцитов и инкапсулированной аргиназы, применимый в ветеринарии и медицине. Подана заявка на изобретение в Роспатент. Испытана новая биотехнология для изменения сократимости кровеносных сосудов у животного. Показано, что аммиак, вводимый животным в сублетальных дозах, вызывает угнетение всей внутриклеточной системы антиокислительной защиты в мозге, печени и эритроцитах. Разработаны математическая модель депо-системы с режимом обострения при сердечно-сосудистых заболеваниях и новые методы хронотерапии в кардиологии с помощью моделирования фрактальной стабилизации обмена веществ. Разработана математическая модель, описывающая динамику микроциркуляторного участка сердца в условиях сопряжения биохимических и биофизических регуляторных факторов в норме и при физической нагрузке. Выяснено, что аммиак и бета-амилоиды специфически изменяют активность и внутриклеточное распределение ферментов, участвующих в обмене адениннуклеотидов, а именно аденозиндезаминазы, аденилатдезаминазы, ксантиноксидазы, ксантиндегидрогеназы и других, в разных отделах мозга и клетках крови. Разработаны способ снижения концентрации аргинина в крови, новые биохимические и биофизические методики получения аргоцитов и изучена возможность изменения сократимости кровеносных сосудов у переживающего животного. Каминский Научный руководитель 4-х кандидатских диссертационных работ. Автор приблизительно 350 работ, включая 102 в зарубежных изданиях. Член редакционной коллегии журнала «Global Journal of Biochemistry». Лаборатория организована в 1967 году. Первый руководитель лаборатории – профессор Молчанов Альберт Макарьевич С 1972г. по 2002г. лабораторией руководил профессор Сельков Евгений Евгеньевич, с 2002 по 2006 г. - профессор Атауллаханов Фазоил Иноятович. Лаборатория метаболического моделирования и биоинформатики Разработка базовых математических моделей процессов самоорганизации клеток в ткани in vitro. Применение знаний о молекулярных механизмах токсического действия аммиака в диагностике при заболеваниях человека и животных, связанных с гипераммонемией, - таких, как энцефалопатия, болезнь Альцгеймера и другие. Изучение молекулярных механизмов, участвующих в патогенезе и протекании болезни Альцгеймера. Разработка научно-методических основ для новых биотехнологий по прижизненной регуляции сократимости кровеносных сосудов и уровней токсинов в крови. 1. Наименование структурного подразделения Лаборатория метаболического моделирования и биоинформатики 2. Наименование научного направления по рубрикатору Отделения РАН: VI-46, 49, 50. 3. Номер научного направления по рубрикатору ИТЭБ РАН: 1.4, 2.2 4. Наименование научного проекта: Экспериментальное исследование и математическое моделирование механизмов регуляции метаболизма и разработка новых биотехнологий для медицинского применения. Тематика исследований за 5 лет: - Процессы дифференцировки и пролиферации клеток эпидермиса в культуре, - Механизмы взаимодействия коллагеновых гелей и фибробластов в культуре, - Базовые математические модели процессов самоорганизации клеток в ткани in vitro, - Молекулярные механизмы токсического действия аммиака в клетках животных, - Моделирование циклов медленной динамики в механизме клеточных часов, - Моделирование динамики роста и ветвления актиновых филаментов, - Инвариантные характеристики энергетической системы и их изменений в ходе дифференцировки остеобластов и лимфоцитов, - Регуляция клеточного цикла и митоза, - Механизмы регуляции метаболизма метионина и процессов метилирования в клетках печени, - Теоретический анализ и экспериментальное изучение молекулярных механизмов, участвующих в патогенезе и протекании болезни Альцгеймера, - Пространственная динамика свертывания крови, - Связь гиперактивизации NMDA-рецепторов с энергетическим обменом и антиокислительными системами в мозге и сердце животных. В течение 5 лет исследования поддерживались грантами: Программы РАН «Фундаментальная наука – медицине» на 2005 год. Рук. Каминский Ю.Г. Правительство Испании в 2005 году. Косенко Е.А. Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых № МК-2886.2005.4. на 2005-2006 гг. Венедиктова Н.И. Программы РАН «Фундаментальная наука – медицине» на 2006 год. Рук. Каминский Ю.Г. РФФИ №06-04-49230 на 2006-2007 гг. Рук. Ермаков Г.Л. РФФИ №06-08-00077 на 2006-2008 гг. Рук. Венедиктова Н.И. Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых № МК-4795.2008.4. на 2008-2009 гг. Венедиктова Н.И. Правительство провинции Валенсия (Испания) в 2009 г. Косенко Е.А. Программы «Развитие потенциала высшей школы», 2.1.1/3876 на 2009-2010 гг. Рук. Годухин О.В. РФФИ №09-08-00420 на 2009-2011 гг. Рук. Косенко Е.А. Правительство провинции Валенсия (Испания) в 2010 г. Косенко Е.А. - Лаборатория метаболической биофизики ИТЭБ РАН. - Исследование молекулярных механизмов токсического действия аммиака. Изучение молекулярных механизмов, участвующих в патогенезе и протекании болезни Альцгеймера. - Лаборатория биотехнологии растений ФИ 003 лаборатория
Лаборатория системной организации нейронов
Кичигина Валентина Федоровна - зав. лаб., доктор биологических наук
Кичигина Валентина Федоровна 218

218 37 015 1971 20.12.2011 Начато изучение роли медиальной септальной области в возникновении и развитии височной эпилепсии. На экспериментальных моделях этой патологии впервые обнаружено, что в процессе эпилептогенеза изменяются основные характеристики электрической активности нейронов медиальной септальной области, а также септо-гиппокампальные взаимоотношения. Выявлено, что нарушение ГАМКергических и холинергических взаимодействий внутрисептальных и септо-гиппокампальных может приводить к возникновению эпилептиформной активности в гиппокампе. Это указывает на то, что одной из причин развития височной эпилепсии может быть нарушение функционирования септум и ее связей с гиппокампом. Разработаны способы воздействия на септум, с помощью которых можно подавлять развитие эпилептической активности в гиппокампе. Введение в септум агониста ГАМКА рецепторов мусцимола подавляет судорожные разряды в гиппокампе. Эндогенные нейропепиды зимоспящих животных представляют большой интерес для искусственной гибернации, что может иметь большое значение для космической медицины и анестезиологии. Многие полученные в лаборатории результаты микроскопических и электрофизиологических исследований на трансплантатах нервной ткани имели приоритетный характер и способствовали внедрению метода трансплантации в клиническую практику. Показано, что только эмбриональная нервная ткань успешно приживается и интегрируется с мозгом реципиента, при этом трансплантаты имеют больший объем при использовании ткани более раннего возраста. Поскольку кандидатами на трансплантацию в клинике часто оказываются пациенты преклонного возраста, важное значение имели данные о том, что трансплантаты, взятые от реципиентов пожилого и старческого возраста, не оказывают существенного влияния на величину, цитоархитектонику и их приживаемость. Кроме этого, было выявлено, что видовые и генетические различия донора и реципиента отрицательно воздействуют на рост и развитие трансплантов. Полученные данные о высокой степени воспроизведения микроскопических и ультраструктурных характеристик трансплантированной ткани и образование типичных для них функциональных синапсов свидетельствовали о возможности использования трансплантатов для точного восстановления структурной организации органа. Большое практическое значение имеют данные о том, что в условиях афферентно-эфферентной изоляции нейротрансплантатов (например, при их развитии в полости желудочков мозга) нейроны функционально «самозамыкаются» и формируют эпилептические очаги. Практическое значение имеют результаты ультраструктурного изучения долгоживущих трансплантатов, свидетельствующие о сохранении нейронами ювенильного состояния и признаков постоянной реорганизации функциональных сетей, что может приводить к установлению нежелательных нейро-нейрональных взаимодействий между трансплантатом и мозгом реципиента. Показано также, что в условиях трансплантации синапсы подвергаются не только структурной пластике, но и модифицируют свой нейромедиаторный состав. Эти данные могут иметь значение при разработке фармакологических средств, усиливающих интеграционные возможности трансплантированной ткани и управления регенерацией мозга реципиента. Важное практическое значение имеют полученные данные о том, что в условиях интраокулярного культивирования фенотипической дифференцировке подвергаются только коммитированные клетки-предшественники более позднего эмбрионального возраста. При использовании эмбриональных клеток раннего возраста, соответствующих по развитию нейрональным стволовым, полноценной органотипической дифференцировки не происходит. Практический интерес имеют также результаты, полученные нами совместно с Брагиным, А.Г., Куликовым А.В., и Третьяк Т.М., об успешной компенсации экспериментально вызванного аллоксанового диабета у крыс трансплантацией эмбриональной поджелудочной железы (авторское свидетельство № 1369039 от 22.09.1987г. и патент № 1369039 от20.08.1993 г. Обнаружение способности фуллеренов улучшать когнитивные процессы в норме и на экспериментальной модели нейротоксичности у крыс, вызванной бета-амилоидом, коррелирующее с антиамилогенными свойствами фуллеренов in vitro, позволило выдвинуть положение о том, что фуллерены представляют интерес как новое перспективное направление разработки средств лечения болезни Альцгеймера. Подтверждены представления О.С. Виноградовой о возможном участии важнейшего осцилляторного процесса гиппокампа, тета-ритма, в механимах избирательного внимания. Показано, что тета-осцилляции выполняют роль функционального фильтра для отбора и дальнейшего хранения поступающей в мозг новой сенсорной информации. В нейронных и электроэнцефалографических исследованиях на бодрствующих животных установлено, что нейромодуляторы, моноамины ствола головного мозга, участвуют в регуляции частоты и выраженности тета-ритма. В работе in vitro впервые показано участие глутаматных и никотиновых рецепторов медиальной септальной области, основного субкортикального входа гиппокампа, в регуляции нейронных тета-осцилляций в этой структуре. Обнаружено, что медиальная септальная область в мозге гибернирующих (зимоспящих) животных играет роль наиболее чувствительного «приёмника» и первичного анализатора сенсорных сигналов в экстремальных условиях. Обнаружено, что сезонные изменения чувствительности нейронов этой области зависят от эндогенных нейропептидов, обеспечивая адаптацию зимоспящих к экстремальным условиям. В нейроморфологических исследованиях показано, что эмбриональная нервная ткань гиппокамппа при трансплантации взрослым животным проявляет высокий уровень адаптационно-компенсаторных возможностей нервной системы. Проведенные эксперименты по гетеротопической трансплантации зубчатой фасции гиппокампа в неокортекс реципиента показали, что трансплантированные нейроны способны формировать синаптические контакты с несвойственными им в норме мишенями. При установлении таких контактов возрастает модулирующая роль эндогенных нейропептидов. В условиях дефицита афферентных синаптических влияний происходит усиление несинаптических и транспортно-метаболических взаимодействий. При трансплантации ткани мозга в эктопические области организма (в переднюю камеру глаза) нейроны центральной нервной системы могут формировать функционально активные синапсы с периферическими нервами радужиной оболочки. Нейротрансплантаты, таким образом, реализуют многие морфо-специфические характеристики структуры-донора, проявляя при этом значительные способности к пластическим перестройкам. В связи с этим важное значение имеют полученные данные о том, что в условиях интраокулярного культивирования фенотипической дифференцировке подвергаются только коммитированные клетки предшественники более позднего эмбрионального возраста. При использовании эмбриональных клеток раннего возраста, соответствующих по развитию нейрональным стволовым, полноценной органотипической дифференцировки не происходит. Впервые изучено влияние водорастворимого фуллерена, аддуктора С60 с поливинилпирролидоном (С60/ПВП), на нарушения формирования долговременной пространственной памяти, вызванное подавлением синтеза белка. Микронъекция С60/ПВП перед введением в боковые желудочки мозга (в/ж) циклогексимида, ингибитора синтеза белка, предупреждала нарушения памяти у крыс. Начато изученре влияния в/ж микроинъекции фуллерена (С60/ГФ) на нарушения формирования пространственной долговременной памяти и решение вероятностной задачи, вызванные в/ж введением агрегированной формы бета-амилоидного пептида. С60/ГФ в дозе 7.2 нмол/полушарие стимулировал когнитивные процессы у здоровых животных и не изменял активность антиоксидантеых ферментов (супероксиддисмутазы, СОД, и каталазы) в цитозоле гиппокампа (совместно с д.б.н. Е. А. Косенко и д.б.н. Ю.Г. Каминским). С60/ГФ (3.6 нмол/полушарие) ослаблял нарушение памяти и решение вероятностной задачи, вызванные бета-амилоидом. В электронномикроскопическом исследовании in vitro впервые обнаружено антиамилоидогенное действие С60/ГФ (совместно с лабораторией проф. З.А. Подлубной). Данные о способности фуллеренов улучшать когнитивные процессы в норме и предупреждать нарушения памяти, вызванные нейротоксическим действием бета-амилоида, и их корреляция с антиамилоидогенной активностью фуллеренов in vitro являются приоритетными. Кичигина В течение многих лет разрабатывала проблему выяснения взаимодействий гиппокампа с регуляторными структурами ствола мозга. Ею получены принципиальные данные о вкладе холинергической и моноаминергической систем в обработку информации нейронами гиппокампа. На основании экспериментальных фактов создана модель взаимодействий гиппокампа и стволовых структур в этом процессе. В настоящее время продолжает исследования в направлении, заданном организатором лаборатории О.С. Виноградовой. В этом плане изучаются механизмы организации гиппокампального тета-ритма, а именно, значение межструктурных взаимодействий в мозге и межнейронных коммуникаций в медиальной септальной области для генерации тета-осцилляций. Развивается новое направление изучения механизмов возникновения нейродегенеративных заболеваний, при которых поражается гиппокамп, осуществляется поиск новых подходов для их терапии. В частности, в последние годы исследуются протекторные функции эндогенной каннабиноидной системы мозга в регуляции развития судорожной активности и возникновения эпилептического очага на экспериментальных моделях височной эпилепсии. Автор более 60 статей в ведущих отечественных и зарубежных журналах. Является членом Ученого совета ИТЭБ РАН и членом защитного совета по специальности «физиология» ИТЭБ РАН. Руководит магистрантами и аспирантами, является профессором Пущинского государственного университета. Адрес и связь: Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН 142290 Пущино, Московская обл., Россия тел. (27) 73-94-99 - из Москвы, (4967) 73-94-99 - из других городов, e-mail: vkitchigina@gmail.com Лаборатория организована заслуженным деятелем науки РФ проф. О.С.Виноградовой в 1971 г. Очерк об О.С.Виноградовой: Журнал высш.нервн.деят. 2004, т. 53, № 1, http://web.iteb.ru/ctc/osvinogr.htm. С 2001 г. и.о. заведующего лабораторией - к.м.н. И.Я.Подольский. С ноября 2006 г. заведующий лабораторией - д.б.н. В.Ф. Кичигина Лаборатория системной организации нейронов Роль гиппокампа в механизмах нейрональной пластичности и памяти в норме и патологии. 3.1. Межнейронные взаимодействия в септо-гиппокампальной системе в норме, состоянии гибернации и на экспериментальной модели височной эпилепсии. 3.2. Морфо-функциональное изучение нейротрансплантатов гиппокампа с целью компенсации нарушенных функций мозга. 3.3. Активация гомеостатических систем мозга как новый подход для предотвращения развития нейродегенеративных заболеваний (височной эпилепсии и болезни Альцгеймера). 3.4.Морфо-функциональное состояние гиппокампа в норме и на экспериментальной модели болезни Альцгеймера, протекторная роль фуллеренов. По теме «Исследование механизмов эпилепсии» совместные исследования проводятся с отделением неврологии Калифорнийского университета США (Dept Neurology, David Geffen Medical School At UCLA, Los Angeles, Caifornia) и Средиземноморским Университетом Франции (INMED-INSERM U901, Université, de la Mé,diterrané,e, Marseille, France) По теме «Нейротрансплантация» - иcследования ведутся с лабораторией ультраструктуры нейрона и на базе Кабинета электронной микроскопии ИБК РАН. По теме «Механизм действия фуллеренов на модели болезни Альцгеймера» исследование ведется в сотрудничестве со следующими лабораториями Института: структуры и функции мышечных белков, механизмов организации биоструктур, экспериментальной нейробиологии, в сотрудничестве с Институтом биофизики клетки РАН, с Национальным исследовательским ядерным университетом "МИФИ". 015 лаборатория
Лаборатория физической биохимии
Коломбет Валерий Александрович - с.н.с., кандидат физико-математических наук
Коломбет Валерий Александрович 324

324 8 004 1963 24.11.2010 ДОСТИЖЕНИЯ ПОСЛЕДНИХ ЛЕТ:1. Показано, что формы распределения результатов измерений в процессах любой природы (биохимические, и химические реакции, физические) закономерно изменяются так, что наблюдается корреляция между повторяемостью формы распределения и состоянием космического пространства. В частности, обнаруживается периодическое повышение вероятности сходства с разными периодами, соответствующими вращению Земли вокруг своей оси, ее движению по околосолнечной орбите, а также в зависимости от ориентации относительно сферы "неподвижных" звезд и от взаиморасположения Земли, Луны, Солнца и других небесных тел Солнечной системы. [Успехи физических наук, 1998, № 10, Успехи физических наук, 2000, № 2, Биофизика, 2001, № 5, Astrophysics and Space Science, 2003, v. 283, p. 3-10].2. Разработана новая концепция терморегуляции, согласно которой основная функция физиологического термостата состоит не столько в том, чтобы стабилизировать температуру, сколько в том, чтобы периодически изменять её. Без таких осцилляций невозможно поддержание клеточных мембран в нормальном рабочем состоянии. [Харакоз Д.П. Фазово-переходная концепция восстановительной функции сна, физиологический термостат и медицинские перспективы. В кн.: Сон и тревожность (ред. Е.В. Вербицкий), Глава 5.2. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2008, 340с, Харакоз Д.П. Функция сна: Биофизическая парадигма. Материалы 5-й Российской школы-конференции «Сон – окно в мир бодрствования». Москва, 2009. с.87-92.]3. В рамках программы по разработке новых подходов к классификации функциональных участков ДНК и белков вычислены электростатические потенциалы сотен промоторов E. coli, кодирующих участков ДНК и участков ДНК с периодической и случайной нуклеотидной последовательностью. Проведена классификация промоторов с использованием прокрустовой метрики как меры близости. [Биофизика, 2001, т. 46(6), с. 1022-6, J Biomol Struct Dyn., 2000, v. 18(3), p. 325-34, J Biomol Struct Dyn., 1999, v. 16(6), p. 1135-43]. 4. Исследованы пограничные автоволновые режимы, при которых автоволны (например нервные импульсы) ведут себя подобно частицам – то есть, вопреки привычно точке зрения, способны отражаться от стенки и друг от друга без аннигиляции. Создана теория преломления автоволн на границе двух сред, из которой следует, что преломление подчиняется закону тангенсов, а не классическому закону синусов, известному для обычных волн.БОЛЕЕ РАННИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ОПИСАНЫ В ИСТОРИЧЕСКОЙ СПРАВКЕ О ЛАБОРАТОРИИ Харакоз С 2002 года работает по совместительству профессором Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М.Сеченова, на кафедре Медицинской и биологической физики.Автор 49 статей в отечественных и международных журналах и книгах. Лаборатория сформирована в 1963 году Симоном Эльевичем Шнолем. Это был первый коллектив, начавший работать в Пущинском биологическом центре. С.Э.Шноль руководил лабораторией до 2005 года, и ныне продолжает работать в ней в должности главного научного сотрудника. С момента создания основной целью лаборатории было исследование нестационарных процессов в биологических и модельных физико-химических системах (С.Э.Шноль). Поиск причин синхронных изменений состояния молекулярных систем стимулировал появление нескольких независимых крупных направлений биофизики. В связи с необходимостью понять возможные механизмы нестационарного поведения сложных химических систем была инициирована работа по выяснению механизма колебательной реакции Белоусова. Значительный вклад в теоретическое описание явления был сделан аспирантом С.Э.Шноля Анатолием Марковичем Жаботинским, и реакция сегодня известна под двойным именем – реакция Белоусова-Жаботинского (BZ-reaction). На её основе Альберт Николаевич Заикин и А.М.Жаботинский создали удобную модель автоволновых процессов в активных средах и провели исследования ее свойств (сам термин "автоволны" появился в литературе именно в связи с этими исследованиями). С той же целью в 60-е годы было начато теоретическое и экспериментальное изучение колебательных режимов в биохимических системах. Были разработаны методы исследования и построены математические модели ряда метаболических процессов (Евгений Евгеньевич Сельков, Фазоил Иноятович Атауллаханов). В те же годы для выяснения роли динамики белковых молекул в обеспечении их функциональных свойств (ферментативных, механохимических) были начаты исследования механической упругости белков. Была создана концепция «макромолекула белка – машина» (С.Э.Шноль, Дмитрий Сергеевич Чернавский, Юрий Исаакович Хургин, Лев Александрович Блюменфельд), проведены исследования механохимического сопряжения в мышце (Владимир Иванович Дещеревский, Анна Евгеньевна Букатина, Виктор Николаевич Морозов), создана кинетическая модель работы мышцы, известная сегодня под именем модели Дещеревского. Для исследований роли конформационных движений молекулы фермента в каталитическом акте В.Н.Морозовым была предложена оригинальная методика исследования упругости белковой молекулы с помощью измерения механических свойств белковых микрокристаллов и твердых пленок, была продемонстрирована зависимость функционального состояния молекулы белка от модуля упругости глобулы. Для выяснения роли гидратации молекул белков и аминокислот и изменений механических свойств белков при их функционировании Армен Паруйрович Сарвазян разработал оригинальные, высокочувствительные методы и создал установки для исследования скорости звука в растворах. С помощью этих методов А.П.Сарвазян, Дмитрий Петрович Харакоз и Виталий Александрович Букин получили важные сведения об особенностях гидратации биополимеров и родственных соединений и их внутренней сжимаемости. А.П. Сарвазяном был изучен феномен низкой скорости звука в гелеобразных телах, и впоследствии на этой основе им было создано новое направление в медицинской диагностике – эластография мягких биологических тканей.В результате многолетних исследований был открыт феномен "макроскопических флуктуаций" – закономерных изменений тонкой структуры статистических распределений (гистограмм), построенных по результатам измерений процессов разной природы – от биохимических и химических реакций до радиоактивного распада. Показана космофизическая обусловленность этого феномена (С.Э.Шноль).Сформулирована новая концепция в физиологии сна, согласно которой восстановительная функция сна состоит в очистке мембран синаптических окончаний "методом перекристаллизации". Это необходимо для нормального функционирования быстрых синапсов центральной нервной системы. (Д.П.Харакоз) Лаборатория физической биохимии 1. Космофизические корреляции в биологических и физико-химических процессах. 2. Физический механизм и физиологическая функция главного фазового перехода («жидкий кристалл – гель») в липидных мембранах. 3. Молекулярные основы белок-нуклеинового узнавания. 4. Механизмы автоволновых процессов в биологических, химических и физических системах. Внутри института: 1. Лаборатория митохондриального транспорта, А.В.Агафонов, Г.Д.Миронова – исследование фазовой сегрегации в модельных и биологических (митохондриальных) мембранах и ее роли в физиологии митохондрий, 2. Лаборатория механизмов организации биоструктур (Г.Р.Иваницкий) – Теория автоволновых процессов.В других учреждениях страны:1. Институт Арктики и Антарктики (С-Пб), лаборатория проф. О.А.Трошичева – исследование корреляций измеряемых физических величин при одновременных измерениях в разных точках Земного шара, включая южные и северные полярные широты.2. Московский государственный университет, НИИЯФ (Москва), И.А.Рубинштейн – работы по совершенствованию методов измерения радиоактивности и проведение совместных исследований по космофизических корреляций3. ЦНИИМАШ (Москва), лаб. Ю.А.Баурова – исследование корреляций измерений радиоактивности с анизотропными космическими явлениями. 4. Институт белка РАН (Пущино), лаборатория структурного анализа, Е.И.Тиктопуло – калориметрическое исследование фазовых переходов в липидных мембранах.5. Институт космических исследований РАН, д.ф-м.н. Т.К. Бреус, тема – гелиобилогия, влияние гелиогеофизических факторов на здоровье человека (сердечно-сосудистую систему)6. НИИ Кардиологии им. А.Л. Мясникова, Москва, зав. Отделением функциональной диагностики, д.м.н., проф. Рогоза А.Н.7. Институт биохимической физики им. Н.М.Эмануэля, к.б.н. Хорсева Н.И., тема – влияние гелиогеофизических факторов на психофизиологические характеристики детей и подростков.10. Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны РФ, зав. отделом, к.т.н. Мерзлый А.М., тема – оценка вклада гелиогеофизических факторов в уровень аварийности воздушных судов государственной авиацииМеждународные научные связи1. Global Scaling Technologies AG (г.Уцвиль, Швейцария), Ральф Отте, Хартмут Мюллер (Германия) – Разработка и создание автоматизированной системы для синхронного мониторинга шумовых процессов.2. Крымская астрофизическая Обсерватория (Крым, Украина), Б.М.Владимирский – исследование солнечно-земных корреляций в измерениях физических величин. 3. Institute of Biophysics and X-ray Research, Austrian Acad. Sci. (Graz, Austria), P.Laggner – исследование роли межслойных взаимодействий в механизме главного фазового перехода в мультислойных липидных системах. 4. University College Dublin (Dublin, Ireland), Chemical Dept., A.Gorelov – исследование фазового поведения липидов в лангмюровских монослоях и исследование липид-полимерных взаимодействий с целью создания новых лекарственных формуляций (drug-delivery vehicles). 5. Comenius University (Bratislava), Prof. Tibor Hianik - исследование физических свойств липидных систем. 004 лаборатория
Лаборатория окислительного стресса
Корыстов Юрий Николаевич - зав. лаб., доктор биологических наук
Корыстов Юрий Николаевич 305

305 33 019 Корыстов 08.11.2010 1.Исследована динамика гибели и восстановления эндотелиальных клеток в мозге крыс после локального облучения. 2.Показано, что малые дозы радиации (около 10 сГр) стимулируют пролиферацию клеток млекопитающих. 3.Предложена модель возрастной зависимости частоты онкологических заболеваний. 4.Показана стимуляция прорастания семян и роста растений малыми дозами радиации и перекиси водорода. 5.Показано, что ингибиторы липоксигеназ вызывают гибель и подавляют пролиферацию. лейкозных клеток. 6.Показано, что макроциклические лактоны – авермектины подавляют рост экспериментальных опухолей животных и ингибируют множественную лекарственную устойчивость опухолевых клеток. 1.Предложена новая теория онкогенеза. 2.Предложен механизм радиационного гормезиса. 3.Показана определяющая роль продуктов метаболизма ненасыщенных жирных кислот в регуляции апоптоза и пролиферации нормальных и трансформированных лимфоидных клеток. 4.Показана противоопухолевая и ингибирующая множественную лекарственную устойчивость опухолевых клеток активность макроциклических лактонов – авермектинов. 5.Показано, что множественная лекарственная устойчивость лейкозных клеток регулируется окислительным стрессом. Корыстов До 1991 г заведующим лаборатории был л.б.н. Л.Х.Эйдус. Лаборатория называлась "Теоретических основ восстановления и защиты от ионизирующих излучений". Основной тематикой лаборатории было исследование механизмов радиобиологических эффектов. С 1991 г лабораторию возглавил д.б.н Ю.Н. Корыстов, сменилось название и частично тематика. В основном исследовались механизмы регуляции пролиферации и гибели (апоптоза) клеток при различных воздействиях, в том числе и при действии ионизирующей радиации и противоопухолевых соединений. Лаборатория окислительного стресса 1) Испытание противоопухолевой активности различных соединений. Индукторы апоптоза опухолевых клеток. 2) Модификация множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток: ингибиторы, окислительный стресс, радиация. 3) Стимуляция пролиферации клеток. 1) Исследование роли метаболизма ненасыщенных жирных кислот в регуляции пролиферации и гибели клеток. 2) Механизмы регуляции и ингибиторы множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток. 3) Исследование действия окислительного стресса и радиации на множественную лекарственную устойчивость клеток. 4) Механизм радиационного гормезиса. 5) Механизмы онкогенеза. Внутри Института с сектором экспериментальной трансплантологии по теме Социальный стресс и лабораторией тканевой инженерии по теме Химиотерапия опухолей. Договора о научном сотрудничестве с фирмами Фармбиомед и Бионокс, Москва. 019 лаборатория
Лаборатория ультраструктуры нейрона
Куликов Александр Владимирович - рук. сектора, доктор биологических наук
Куликов Александр Владимирович 271

271 28 014 1975 08.11.2010 1. В последние 10 лет нами совместно с Институтом биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (он - головная организация) в яде скорпиона по некоторым функциональным признакам и ультраструктурно идентифицированы in vivo и in vitro вещества пептидной природы, способные полимеризовать актин, проникать в живую клетку без дополнительного использования растворителей. Помимо этого, в яде скорпиона среди фракций отмечены такие, которые индуцируют формирование актиновых пучков, а также такие, которые деполимеризуют филаментозный актин или препятствуют полимеризации мономерного актина. На наш взгляд, дальнейшая биохимическая очистка могла бы привести к получению ценных препаратов, которые можно было бы использовать как молекулярные инструменты для исследования роли актина в функционировании нормальных и патологически измененных клеток.2. В лаборатории по плану создания новой техники разработан и создан макет сверхвысоковакуумной установки замораживания-скалывания для прицельного исследования идентифицированных нейронов.3. Совместно с СКБ БП и ИБК РАН в лаборатории разработан, создан и эксплуатируется образец пьезовибротома для резки незалитых тканей. 4. Переведена на цифровую основу световая микроскопия лаборатории и освоен метод компьютерной трехмерной реконструкции нейронов. 5. Осуществлен перевод электронной микроскопии на цифровую обработку ультраструктурных данных. 6. Разработана методика скрининга ядов и фракций, медиаторов и различных других физиологически активных веществ с целью поиска среди них соединений с нейротропными свойствами, а также цитоскелетного действия. 7. Разработан метод высушивания биологических объектов в сжиженных газах (А.с. СССР № 567050). 8. Разработан метод повышения жизнеспособности рыб в период их развития на стадии мальков (А.с. СССР № 873998). 9. Разработант неинвазивный косвенный метод анализа функциональной активности маутнеровских нейронов рыб. 1. В мозгу установлен новый вид синаптических контактов, выполняющих коммуникационную (проведение электротонического сигнала) функцию, основанную на филаментозном актине. Они соседствуют со щелевыми контактами и функционируют реципрокно с ними.2. Показано, что актиновый компонент цитоскелета является внутриклеточным органоидом, который интегрирует различные синаптические влияния на нейроны, обеспечивает изменчивость эффективности синапсов (их проводимости), поддерживая устойчивость структуры и функции в изменяющихся условиях окружающей среды.3. Обнаружена структурная асимметрия маутнеровских нейронов золотой рыбки, зеркально расположенных в продолговатом мозгу. Установлено, что она коррелирует с предпочтением конкретных особей стороны поворота, совершаемого спонтанно при свободном плавании, то есть лежит в основе моторной асимметрии.4. Выявлена альтернативная (помимо собственных мембранных рецепторов)клеточная мишень, на которую воздействует дофамин при взаимодействии с живой клеткой. Определено, что этот нейротрансмиттер и гормон способен проникать внутрь клетки и полимеризовать цитозольный актин, встраиваясь в структуру вновь образованных нитей.5. Разработана методика унилатеральной зрительной естественной стимуляции рыбок, избирательно прямо воздействующей на вентральный дендрит контралатерального маутнеровского нейрона, и вестибулярной стимуляции, прямо воздействующей на сому и латеральный дендрит ипсилатерального нейрона. С помощью раздельной перекрестной стимуляции и адаптации вестибулярного или зрительного входов и исследования трехмерной структуры нейронов доказано, что адаптация нейрона стимуляцией одного из входов не зависимо от его модальности укрепляет функциональное состояние нейрона в целом, что предполагает вовлечение цитоскелетных механизмов в регуляцию функции нейронов и открывает возможность изучения роли разных дендритов одного и того же нейрона в интегративной деятельности, отражаемой в поведении. Мошков Преподает в Пущинском Государственном университете, долгое время преподавал в Московской Государственной академии приборостроения и информатики (Пущинский филиал). Под его руководством защищено 2 докторские диссертации, 30 кандидатских и 12 магистерских диссертаций, а также 53 дипломных работ (бакалаврские диссертации). Автор двух монографий, двух изобретений и более 200 статей в рецензируемых журналах. Стипендиат фонда Российского правительства поддержки выдающихся ученых. Был руководителем совместного гранта Международного научного фонда Сороса и правительства РФ, а также нескольких грантов РФФИ и министерства образования. Имеет правительственные награды. Был руководителем гранта "Ведущие научные школы" (1996 г.). Соисполнитель двух грантов поддержки Ведущих научных школ (2006-2007 и 2008-2009 гг.), руководитель гранта Федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" Федерального агентства по науке и инновациям, Госконтракт №02.740.11.0301, соисполнитель гранта №3840 Аналитической ведомственной целевой программы Федерального агентства по образованию Лаборатория функционирует с 1975г. Лаборатория ультраструктуры нейрона Разработка подходов к исследованиям механизмов нормализации патологического состояния актинового цитоскелета в клеточных моделях некоторых социально-значимых заболеваний 1. Морфофункциональные исследования естественных и искусственных форм адаптации и памяти (Мошков Д.А.). 2. Исследование роли цитоскелета в поддержании и модификации нейрональной структуры и функции (Павлик Л.Л.). 3. Исследование ультраструктурных механизмов действия фармакологических, физиологически активных веществ и токсинов на нейроны и синапсы (Тирас Н.Р.). 4. Морфологические исследования механизмов регуляции функциональной активности индивидуальных нейронов и их интегративной деятельности по моторной асимметрии рыб (Михайлова Г.З., Штанчаев Р.Ш., Мошков Д.А.) В институте мы сотрудничаем со следующими подразделениями: лаборатория Цитотехнологии (зав. Э.И. Лежнев), лаборатория Митохондриального транспорта (зав. Г.Д. Миронова),лаборатория Структуры и функции мышечных белков (зав. З.А. Подлубная),сектор Физической химии биополимеров (зав. Л.И. Шабарчина), лаборатория Экспериментальной нейробиологии (зав. О.В. Годухин),лаборатория Тканевой инженерии (зав. В.С. Акатов). Вне института мы сотрудничаем: с лабораториями Гаховой Э.Н. и Берестовского Г.Н. (Институт биофизики клетки РАН), с Институтом физико-химической биологии МГУ (с Л.С. Ягужинским), с Институтом биоорганической химии РАН и его Пущинским филиалом(с Е.В. Гришиным и с Ф.А. Бровко). 014 лаборатория
Лаборатория ЯМР-исследований биосистем
Кутышенко Виктор Павлович - зав. лаб., доктор физико-математических наук, профессор
Кутышенко Виктор Павлович 230

230 24 029 2003 08.11.2010 Разработанный в группе метод спиновой диффузии успешно применяется для исследований белков в ненативных компактных состояниях. С помощью этого иетода и его модификации cпиновой диффузии offRI была исследована денатурация глобулярного белка карбоангидразы В мочевиной и гуанидигидрохлорида. Было показано. что мочевина и вода образуют новый растворитель с физико-химическими свойствами сильно отличающимися от воды, что и приводит к денатурации белка. Гуанидингидрохлорид взаимодействует с молекулами белка, занимая положения воды гидратных оболочках. Кутышенко Основной научный интерес - структура и динамика глобулярных белков. Для исследования динамических и структурных свойств глобулярных белков в ненативных компактных конформациях был создан метод спиновой диффузии. Измеряемый по спектрам ЯМР параметр жесткости G дает полное представление о компатности полипептидной цепи. Кроме того этот метод позволяет исследовать взаимодействия белков, белков и различных лигандов, в числе которых молекулы воды, мочевины и гуанидингидрохлорида. В русле интересов находятся также клеточные исследования на основе внутркнних и внешних метаболитов. а также анализ биологических жидкостей животных и человека. Лаборатория создана как самостоятельное научное подразделение в июне 2003 года, на основе группы ЯМР, входящей в лабораторию профессора Брускова с 1982 по 2003 гг. Являясь учеником и последователем работ профессора Л.П.Каюшина, в руководимой им лаборатории радиоспектроскопии с 1971 по 1976 гг., В.П.Кутышенко продолжил исследования по ЯМР спектроскопии биосистем. Благодаря энергии и заинтересованности в такого рода исследованиях директора института Г.Р.Иваницкого в 1981 году был закуплен спектрометр ЯМР "Брукер 400". В 2003 году, благодаря поддержке Президента РАН академика Ю.С. Осипова, председателя ПНЦ РАН академика В.А. Шувалова для Пущинского научного центра был закуплен спектрометр ЯМР "Avance III 600". Решающую роль в этой эпопее сыграл к.ф.-м.н. Христофоров В.С. Лаборатория ЯМР-исследований биосистем Проведено сравнительное исследование структурных и биологических свойств рекомбинантного гамма-интерферона человека и его мутантных аналогов, имеющих аминокислотные замены в С-концевой части молекулы. Получены данные, которые необходимы для отбора и создания на основе интерферонов лекарственных препаратов нового поколения, обладающих биологической активностью, против таких инфекционных заболеваний как грипп,туберкулез, гепатит- типы А, В. Фундаментальные исследования в лаборатории ведутся по направлению 5.1. «Молекулярная биофизика»: Исследование методом ЯМР высокого разрешения молекулярных механизмов взаимодействия белков с различными лигандами. Кроме того совместно с лаб. термодинамики Института белка РАН сотрудники группы принимают участие в структурных исследованиях с помощью метода ЯМР высокого разрешения нескольких рекомбинантных белков, представляющих собой мутантные аналоги спектринового SH3 домена ITK-киназы, в рамках проекта ИНТАС №03-51-5569 (рук. В.В. Филимонов. Разрабатываюся методические подходы по анализу биологических жидкостей (кровь, моча) с использованием ЯМР высокого разрешения в норме и при различных патологиях. На базе лаборатории было создано отделение «ЯМР-исследований биосистем» Пущинского Центра коллективного пользования ИТЭБ РАН. В рамках функционирования ЦКП сотрудниками группы осуществляется постоянная консультативную и практическая помощь исследователям ведущих институтов Пущинского Научного Центра РАН: Институт белка- дир., акад. Л.П.Овчинников, Институт теоретической и экспериментальной биофизики- дир., чл.-корр. Г.Р.Иваницкий, Филиал института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова - дир. акад. А.И. Мирошников, Институт фундаментальных проблем биологии – дир. акад. В.А. Шувалов, Институт биофизики клетки- дир., чл.-корр. Е.Е.Фесенко, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов- дир., чл.-корр. А.М. Боронин, Институт биологического приборостроения- дир., проф. Е.А. Пермяков и др. научных организаций, использующих методы ЯМР-спектроскопии в своих исследованиях. 1). Внутри Института наиболее тесные и долговременные совместные исследования проводятся со следующими научными подразделениями Института: лаб. изотопных исследований (Брусков В.И.), лаб. лаборатория энергетики биологических систем (Маевский Е.И.), лаб. митохондриального транспорта (Миронова Г.Д.). 2) Совместно с лаб. термодинамики Института белка РАН сотрудники лаборатории принимают участие в структурных исследованиях с помощью метода 1H-ЯМР высокого разрешения нескольких рекомбинантных белков, представляющих собой мутантные аналоги спектринового SH3 домена ITK-киназы. Будут продолжены совместные структурно-функциональные исследования с Центром инженерной иммунологии биотехнологической фирмы ЗАО «Биокад» (Денисов Л.А., Пустошилова Н.М.) для создания базы данных, которая послужит основой для разработки лекарственных средств нового поколения против инфекционно-вирусных и раковых заболеваний. На базе группы организовано обучение и практикум для студентов МГУ (Пущинский филиал, Кафедра фотобиологии), магистрантов Пущинского государственного университета (Учебно-научный центр биофизики и биомедицины). 029 лаборатория
Лаборатория цитотехнологии
Лежнев Энрик Иванович - зав. лаб., доктор технических наук, профессор
Лежнев Энрик Иванович 297

297 6 024 1970 21.10.2011 3. Разработка методов получения биосовместимых кремниевых наноматериалов для использования в ультразвуковой терапии: - Проводятся исследования влияния наночастиц кремния на эффектвность гибели клеток при ультразвуковом озвучивании. - Показано, что наночастицы кремния не токсичны вплоть до концентрации 1 мг/мл. - Показано, что присутствие уже 10мкг/мл наночастиц кремния в культуральной среде вызывает гибель до 90% клеток культуры в условиях озвучивания, при которых в отсутствии наночастиц гибель клеток полностью отсутствовала. Результаты позволяют надеяться, что наночастицы кремния совместно с ультразвуковым озвучиванием могут быть основой для новых методов селективной терапии онкологических заболеваний. Работа ведется совместно с Кафедрой общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ (д.ф.-м.н., профессор П.К. Кашкаров) 1. Исследование действия полидигидроксифенилена тиосульфоната натрия (Гипоксен) на культуры клеток в нормотермических и гипертермических условиях. Влияния препарата Гипоксен (полидигидроксифенилентиосульфонат натрия) на внутриклеточные мишени клеточных культур Исследована возможность повышения эффективности действия Гипоксена на дыхание и гликолиз клеток лимфоидного ряда Raji (Институт цитологии РАН) . Установлено: Значительное повышение (~ 50%) потребления кислорода, а следовательно и потока электронов в цепи окислительного фосфорилирования за счет шунтирующего влияния Гипоксена на I комплекс. Кислородная емкость и степень разобщения так же возрастают на ~ 50%. Наиболее значительный эффект(≈,100%) зарегистрирован при ингибировании дыхания ротеноном. - Гипоксен оказывает протекторное действие при ингибировании дыхания олигомицином (≈,20%). - При разобщении дыхания FCCP Гипоксен усиливает эффект действия FCCP (≈,15%). - Выявлено существенное влияние Гипоксена на эффективность гликолиза: рост потребления глюкозы (≈,20%), повышен выход лактата (≈,10%). При исследовании культуры ВНК-21 клон 13 (факультативный аэроб) выявлен эффект действия Гипоксена на гликолиз: - рост потребления глюкозы (≈,20%) и выхода лактата (≈,10%). Эти результаты целесообразно учитывать при медицинском использовании препарата. Выявлено влияние Гипоксена на биоэнергетические процессы в митохондриях печени крыс: - Гипоксен в диапазоне концентраций 0.05 – 10 мкг/мл действует как ингибитор К+ канала в митохондриальной мембране, вызывая набухание митохондрий (до 100%) и как генератор перекиси водорода в цитоплазме и матриксе митохондрий, превращая О-2 в менее токсичную Н2О2, являясь как антиоксидантом так и антигипоксантом. - Установлено, что зависимость показателя окислительного фосфорилирования ADP/O коррелирует со снижением ингибирующего действия ATP КАТР канала и cо скоростью образования перекиси водорода. Исследовано влияние препарата «Гипоксен» на активность ферментов энергетического метаболизма культуры клеток в нормоксических условиях: - В условиях нормоксии измерена активность некоторых ферментов дыхательной цепи -глютоматдегидрогиназы, малатдегидрогиназы (митохондрии), Na, K-ATфазы, фосфофруктокиназы (эритроциты), глютатионпероксидазы (цитозоль). - Оценено влияние Гипоксена на параметры окислительного фосфолирирования при окислении пальмитанилкарнитина в митохондриях печени крыс и выясняется степень корреляции дыхательной активности с активностью ферментов дыхательной цепи – предполагаемых внутриклеточных мишеней действия Гипоксена 2. Разработан метод периодических прецизионных температурных воздействий на культуру клеток: - Экспериментально показано, что гибель клеток культуры Hep2 после гипертермического воздействия в +45 градусов Цельсия в течение 0,5 часа имеет место не только в испытуемых клетках вплоть до их митоза, но продолжается в дочерних клетках. - Сделано предположение, что долговременность гибели клеток вызвана участием во внутриклеточном процессе дефектных структур и молекул. Это порождает возникновение новых дефектов и тем самым пролонгирует процесс гибели клеток. Он же может вызвать новые трансформации свойств культуры. Гипотеза находится в стадии проверки. Лежнев С 1953г. по 1966г. работал на предприятиях Министерства авиационной промышленности СССР. В 1964г. защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук. С 1966г. работает в Институте биологической физики АН СССР , а с 1990г. в должности заведующего лабораторией цитотехнологии Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН. Докторскую диссертацию по теме “Методы и аппаратура культивирования клеток животных и человека” защитил в 1983 г. В 1991г. ему присуждено ученое звание «профессор» по специальности "биотехнология". Э.И.Лежнев член специализированного совета при Санкт-Петербургском государственном техническом университете. Э.И.Лежневым опубликовано две монографии, более 150 научных работ, получено 38 авторских свидетельств и патент на изобретение. Под его руководством подготовлено и успешно защищено 8 кандидатских диссертаций и одна докторская. Э.И.Лежнев – руководитель магистерской образовательной программы "Медико-биологические науки" Пущинского государственного университета. На базе лаборатории проведено четыре Всесоюзных совещания по управляемому культивированию клеток. В 1970г.была создана лаборатория процессов и аппаратуры культивирования клеток. Руководителем лаборатории стал кандидат технических наук Лежнев Энрик Иванович. После реорганизации Института биологической физики в 1991г. лаборатория вошла в состав Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и в соответствии с тематикой исследований была переименована в лабораторию цитотехнологии. По инициативе и под руководством Э.И.Лежнева в лаборатории были начаты работы по исследованию возможности применения модифицированных аллографтов сердечного клапана в сердечно-сосудистой хирургии, по разработке искусственной печени на основе использования в качестве биосорбентов фрагментов ткани, работы по исследованию механизмов действия противоопухолевых препаратов нового поколения. Коллектив сотрудников, участвующих в этих исследованиях, в 2000 году выделен в самостоятельную группу, которая успешно продолжает эти работы. В лаборатории цитотехнологии проведены исследования действия на культуры клеток полидиоксифенилентиосульфоната натрия(Гипоксен),продолжаются исследования по оптимизации методов термотерапии, начаты исследования дыхательной и гликолитической активности минимально трансформированных клеток методами прецизионной респирометрии при различных воздействиях на клетки. Лаборатория цитотехнологии Исследования проводятся в соответствии с Программой фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-2012г. (49 - Биология клетки): «Исследование механизмов воздействия физических факторов различной природы на биосистемы с целью создания биомедицинских технологий.» Работы проводятся по следующим направлениям: • 1. Исследование действия полидигидроксифенилена тиосульфоната натрия (Гипоксен) на культуры клеток в нормотермических и гипертермических условиях. Работы проводились на митохондриях печени крыс и на клетках ВНК-21 клон 13 и Raji. • 2. Экспериментальное исследование физиологического состояния и индуцированной толерантности культур клеток в условиях нормоксии, гипоксии и гипертермии. • 3. Исследование возможности использования сочетанного действия наночастиц кремния и ультразвука для селективного антиракового лечебного воздействия. • 4. Исследование дыхательной и гликолитической активности культур клеток 3Т3 и 3Т3CV40 методами прецизионной респирометрии. Участие Лаборатории в исследованиях по долгосрочным научным программам: 1. Грант РФФИ 08-04-01240-а (2008-2010), рук. работы А.Г. Круглов, В.П. Лавровская – исполнитель. 2. Лот Федерального агентства по науке и инновациям, Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», номер государственного контракта 02.740.11.0301 (2009-2011), рук. работы Д.А. Мошков, Э.И..Лежнев – исполнитель 3. МНТЦ № 3301 (2006-2009), рук. Г.Д. Миронова, Э.И..Лежнев – исполнитель. 4. 2009-2010 гг. – аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы» по проекту № 2.1.1/3840, рук. работы Г.Д. Миронова, Э.И..Лежнев – исполнитель • Лаборатория митохондриального транспорта (зав. лаб. Г.Д. Миронова, д.б.н., проф.) тема: Исследование параметров дыхания и фосфорилирования митохондрий. • Лаборатория ультраструктуры нейрона (рук. Мошков Дмитрий Алексеевич, д.б.н., проф.), тема: Ультраструктурные механизмы влияния дофамина на клеточные культуры. • Лаборатория радиационной молекулярной биологии (зав. лаб. В.Г. Безлепкин, к.б.н.), тема: Изучение взаимосвязи между функционированием митохондрий клеток крови с уровнем репликации и транскрипции митохондриальной ДНК • Кафедра общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ (д.ф.-м.н., профессор П.К. Кашкаров), тема: Исследование возможности использования сочетанного действия наночастиц кремния и ультразвука для ингибирования пролиферации клеток животных в культуре и индукции их гибели. • Лаборатория регуляции в биомедицинских системах ИБК РАН (рук. А.Б. Гапеев, д.ф.-м.н., профессор), тема: Исследование механизмов биологического действия электромагнитных излучений. 024 лаборатория
Лаборатория энергетики биологических систем
Маевский Евгений Ильич - зав. лаб., доктор медицинских наук (биохимия), профессор (биофизика)
Маевский Евгений Ильич 73

73 18 011 Маевский 02.12.2010 1. Совместно с А.М.Зякуном (ИБФМ РАН) исследованы фармакокинетика и обнаружены вазоактивные свойства вводимой в организм янтарной кислоты, котрая окисляется до углекислого газа в 6 раз быстрее, чем глюкоза, низкие дозы янтарной кислоты(менее 100 мг на прием) улучшают нарушенный мозговой кровоток, при курсовом приеме - улучшается острота зрения и кровоток в сетчатке глаза при атрофической ангиопатии, может ухудшаться острота зрения при пролиферативной ангиопатии. Показано сигнальное действие янтарной кислоты и ее производных в качестве регуляторов продукции и выброса катехоламинов, модуляторов функций системы гипоталамус-гипофиз-яичники, что способствуент уменьшению выраженнности патологических симптомов при климаксе. На основе указанных разработок были выпущены в России биологически активные добавки: в 1997 г. "Янтавит", в 1998 г. "Митомин", в 1999 г г. "Энерлит", в 2000 г. "Антипохмелин", в 2001 г. "Энерлит-Клима", в Южной-Корее "Пали-Пали" в 2004 г. и затем в России, в США в 2008 г. "Амберен"."Энерлит", в 2009 г в США стал выпускаться препарат "AMBEREN" (улучшенный вариант Энерлит-Клима). В настоящее время вышел на клинические испытания андрогенноактивный препарат (совместно с А.А.Байрамовым, СПБ по заказу представителя Российско-Американской фирмы) 4. с 1999 ежегодно под руководством д.м.н. А.Б. Пескова и М.Л.Учителя организуются (впервые в России) на клинических базах Института медицины, экологии и физической культуры Ульяновского государственного университета) плацебо-контролируемые клинические испытания биологически активных добавок на основе субстратов энергетического обмена. 4. В 2000-2009 гг. исследован механизм противогипоксического действия фармпрепарата "Гипоксен", выпускаемого ЗАО "Олифен" (Москва). Обнаружено, что гипоксен обладет антиоксидантными свойствами, способен повышать сопряжение окислительного фосфорилирования при окислении NAD-зависимых субстратов, обеспечивает активацию окисления внемитохондриального NADH и шунтирвоание I комплекса дыхательной цепи при повреждении митохондрий, обратимо подавляет транспорт ионов кальция в миокардиоцитах и митохондриях. 5.Впервые в эксперименте и в клинике показаны притивоспалительные и обнаружены противовирусные свойства (совместно с В.М.Бухманом, Институт новых антибиотиков, г.Москва) препарата перфторан при внутривенном и местном введении, показано ранозаживляющее действие при резаных и трофических ранах (совместно с д.б.н. А.Н.Мурашевым, ФИБХ РАН). 6. Симпатотоническое и регулирующее активность гормональной системы действие малых доз сукцината в композиции с другими субстратами энергетического обмена показано в клинической практике (Бюлл. экспер. биол. мед. 2005, 139, 6: 635-638,. 2005,140, 9: 295-297). 7 Под руководством проф. М.Н.Кондрашовой создан новый цитобиохимический методо анализа активности ферментов лимфоцитов крови, позволяющей делать оценку как энергетического статуса,так и соотношения симпатической и парасимпатической систем регуляции обменных процессов (получен патент). 1. Установлено, что при гипоксии и ишемии происходит кратковременная активация филогенетически древнего процесса «анаэробное образование» сукцината путем последовательной реализации трех взаимосвязанных путей: 1) восстановительного обращения цикла Кребса от оксалоацетата до сукцината, 2) сопряженного с восстановительным обращением цикла и окисления изоцитрат и 2-оксоглутарата до сукцината, 3) анаэробная дисмутация 2-оксоглутарата. Установлены факторы ответственные за последовательное включение этих путей в митохондриях различных тканей животных. Одновременно с активацией «анаэробного образования» сукцината при снижении парциального давления кислорода возрастает сродство сукцинатоксидазы митохондрий к экзогенному сукцинату. (Биофизика, 2000, 45, 3: 509-513). 2. Обнаружено, что химически и метаболически инертные перфторуглероды в составе эмульсии при внутривенном и местном введении способны в несколько раз уменьшать вторичную альтерацию (повреждение, вызванное лейкоцитами и местными макрофагами) при воспалении, благодаря чему существенно ускоряется репарация тканей в раневом очаге . 3. Выыявлено, что малые дозы эмульсии перфторуглеродов (0,5-1,5 мл на кг массы тела при внутривенном введении или 4-6 мл при местном внутритканевом введении), не способные сколько-нибудь изменить кислородный режим тканей, вызывают избирательное улучшение местного кровотока в областях с нарушенным кровотоком. 4. Методом электронно-зондового микроанализа показано, что при гипоксической деэнергизации изменение баланса основных элементов (K, Na, Cl) в цитоплазме мышечной клетки протекает в три фазы. Во временной динамике эти изменения последовательно соответствуют начальной фазе нарастающей деэнергизации, которая затем переходит в электро-механическое разобщение функции сердца с последующей фазой глобальной деэнергизации. 5. Показано, что кардиотоническое и противоишемическое действие ингибиторов К-Na-АТР-азы не связано, как это постулировалось ранее, с непосредственным подавлением этого фермента в кардиомиоцитах, а обусловлено воздействием на клетки сосудистого эндотелия. В результате выхода калия из клеток эндотелия возрастает его концентрация в межклеточном пространстве, что обеспечивает сохранение калия в кардиомиоцитах, несмотря на энергетический дефицит. 6. Обнаружено, что рубидий не является физиологическим аналогом калия, в отличие от ранее сформированных представлени. При гипоксической деэнергизации присутствие рубидия во внеклеточном пространстве блокирует пассивный транспорт калия из кардиомиоцита. В такой ситуации рубидий может использоваться только для изучения активного транспорта калия через Na/K-АТФазу. 7. Показано, что интегративная активность систем транспорта иона К+ на мембране зиготы индуцирует колебания цитоплазматического калия, синхронизированные с активностью 240 pS K+ канала, и гетерогенное распределение калия в клетке, вид которого меняется в течение первого клеточного цикла (Онтогенез, 2005, Биологические мембраны, 2005, ДАН 2005а). 8. Сформулирована и математически формализована модель калий-обусловленной полимеризации актина в зиготе млекопитающих, которая рассматривает образование в клетке гель-актиновой структуры, депонирующей ион К+, что объясняет пространственно-временную гетерогенность калия в эмбрионе и механизм сближения пронуклеусов у грызунов (ДАН, 2005б). Маевский Дополнительная информация о руководителе С 1975 г. по 1979 г. работал в лаборатории математической экологии Научно-исследовательского вычислительного центра АН СССР, ныне ИМПБ РАН (г.Пущино). С 1979 г. по 1991 г. – с.н.с. лаборатории медицинской биохимии и биофизики ИБФ АН СССР, С 1991 г. по 1994 г. – в.н.с. лаборатории биофизической акустики, с 1994 г. по настоящее время – зав.лабораторией термодинамики и энергетики биологических систем ИТЭБ РАН, с 1995 г. – зам.директора ИТЭБ РАН по науке. В 1998 г. защитил докторскую диссертацию по специальности «биохимия» на тему «Коррекция гипоксических состояний путем поддержания функций митохондрий». С 2000 г. – профессор (биофизика). Автор и соавтор более 250 публикаций, в том числе 137 статей, 5 монографий, 10 авторских свидетельств СССР и 18 патентов РФ на изобретения, 3 международных патента. Под его руководством выполнены 9 кандидатских диссертаций, консультировал защищены 4 докторские и более 20 дипломных работ и магистерских диссертаций. Является членом защитного совета по специальности «биохимия» при ИБК РАН и совета по специальностям «физиология» и «биофизика» при ИТЭБ РАН. Член Межведоственного совета по проблема гипоскии при РАМН. Основные направления научных исследований – биоэнергетика физиология и биохимия адаптаций к гипоксическим и другим экстремальным состояниям. Работы последних лет посвящены разработке средств метаболической поддержки энергетического обмена с помощью естественных метаболитов при ишемии и гипоксии, исследованию эмульсий перфторуглеродов как микрореакторов, влияющих на газовые мессенджерные системы, внедрению этих разработок в практику и их патентной защите. Награжден: - премией Правительства РФ за разработку перфторуглеродных сред (1999 г.), - медалью им. И.Мечникова "За вклад в сохранение здоровья нации" (2000 г.), - Национальной премией Лучшим врачам России "Призвание" Минздрава РФ за вклад в фундаментальные исследования (2002 г.). За последние 10 лет под руководством и при непосредственном участии Е.И.Маевского организовано и проведено 16 научных конференций и симпозиумов в г.Пущино и в г.Москве, в том числе: в январе 1997 г. «Распространенные эндокринопатии: сахарный диабет, остеопороз, эндемический зоб» (совместно с проф. А.В.Древалем, МОНИКИ, и д.б.н. А.В.Куликовым), в сентябре 1997 г. Международный симпозиум «Фундаментальные науки и альтернативная медицина» при поддержке РФФИ, в 2001 г. «Митохондрии в патологии», совместно с проф. М.Н.Кондрашовой и проф. В.С.Сухоруковым, две конференции молодых ученых (совместно с д.б.н. А.В.Куликовым и Советом молодых ученых), три конференции в 2001, 2002 и 2003 гг на тему «Перфторуглероды в биологии и медицине» совместно с чл.-корр. РАН Г.Р.Иваницким, чл.-корр. РАМН В.В.Морозом, д.м.н.Е.Б.Жибуртом при поддержке ОАО НПФ «Перфторан», в 2001 и 2002 гг. I и II конференции «От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям» совместно с д.б.н. А.В.Куликовым при поддержке Департамента промышленности и науки администрации Московской области, три симпозиума на Всероссийских Конгрессах "Человек и Лекарство"(в 2003 г. и 2004 г. совместно с чл.-корр. РАМН Л.Д.Лукьяновой, в 2005 гг. совместно с академиком РАМН А.Г.Чучалиным по гранту Южно-Корейской фирмы O&S International, по низкотемпературной аргоновой плазме как средсту санации инфицированных ран (2009). По каждому проведенному мероприятию опубликованы сборники материалов или сборники статей. Представлено более 40 докладов на российский конференциях и более 18 докладов на международных, в том числе 10 за последние 5 лет: в 2000 г. в Белграде и в Мехико, в 2001 г. в Стокгольме, в 2003 г. в Токио на Японской ежегодном симпозиуме и на Международном Конгрессе по биоматериалам и искусственным органам, в 2003 г. в Геттингене, в 2004 г. в Оксфорде, в Берлине, в 2005 г. в Берлине и в Эрфурте, в 2007 г. и 2009 г. в Мюнхене. Лаборатория энергетики биологических систем является преемником Лаборатории термодинамики и энерегетики биологических систем, а также лаборатории Биофизической акустики, организованной д.ф.м.н. профессором Сарвазяном Арменом Паруйровичем, создавшим уникальный коллектив специалистов, среди которых были д.ф.м.н. Г.Н. Саркисов, д.б.н. Д.П.Харакоз, д.б.н. Т.Н.Пашовкин, к.ф.м.н. В.В.Шорохов, к.б.н. В.Н. Воронков и др. Фундаментальные и прикладные исследования лаборатории в области биофицизики распространения акустических колебаний получили международное призвание. Прикладные исследования послужили основой для создания ряда приборов,в том числе для измерения вязкоупругих свойств биологических тканей, определения состава твердых и жидких пищевых продуктов. Создание этих приборов ИБФ АН СССР неоднократно отмечалось грамотами, дипломами и медалями международных и Всесоюзных форумов.Наиболее широкую известность получили акустические анализаторы кожи ASA (acoustical skin analyzer)., разработанные совместно с профессором Душаном Вучеличем (Институт общей и химической физики Белградского Университета). ASA нашел применение в косметологии, хирургии и дерматологии, но был выпушен малой серией 200 шт. Был разработан способ и аппаратуры для ультразвуковой эластометрии молочной и предстательной желез, позволяющий выявлять мелкие неоднородности опухолевого и и ного характера, неинвазивног определять модуль Юнга тканей и обнаруженных неодородностей. В этих приборах были воплощены пионерские идеи А.П. Сарвазяна (ИТЭБ РАН), А.Р. Сковороды (ИМПБ РАН), А.В. Гаврилова (ИЯИ МГУ), А.И. Макарова (СКБ БП РАН), Д.Г.Гукасяна,Г.А. Оранской (ИТЭБ РАН), Г.Т. Мироновой, В.Н Шолохова и Н.П. Ермиловой (ВОНЦ РАМН). Работы получили продолжение в США в связи с переездом туда А.П. Сарвазяна. С 1994 г. изменилась тематика исследований и руководителем лаборатории стал к.м.н. Е.И.Маевский. В 1998 г. подразделение называлось лабораторией термодинамики и энергетики биологических систем. Направление исследований по термодинамики определял известный специалист д.ф.м.н. Саркисов Гари Николаевич (безвременно скончавшийся в 2005 г). Проводимые исследования в области биоэнергетики экстремальных состояний развивают на современном уровне представления, разработанные Научной школы профессора М.Н. Кондрашовой по регуляции энергетического обмена в тесной связи с сигнальными системами организма. Широкое развитие получили исследования д.б.н. А.Г.Погорелова по развитию методов ультраструктурного и рентгено-элементного анализа эмбрионнальных тканей (родоначальником этих методов в ИБФ АН СССР был Б.Л. Аллахвердов). Совместно с лабораторией чл.-корр. РАН Г.Р.Иваницкого продолжаются многолетние исслдования кислороднезависимых биофизических эффектов эмульсий перфторуглеродов (инициированные в ИБФ АН СССР профессором Ф.Ф.Белоярцевым в 1979-1985 гг. в лаборатории медицинской биофизики и биохимии). В настоящее время наряду с традиционными направлениями получили развитие исследования в области наносепарации крови и микрокатализа, происходящего в наночастицах эмульсии перфторуглеродов. Совместно с лабораторией профессора д.м.н. Б.К.Гаврилюка и рядом Институтов РАН и РАМН выполнен комплекс работ по санации незаживающих инфицированных ран с помощью низкотемпературной аргоновой плазмы. Лаборатория энергетики биологических систем 1. Исследование фармакокинетики новых лекарственных препаратов и биологически активных добавок 2. Изучение безопасности и специфической активности, подготовка досье для сертификации новых лекарственных препаратов и биологически активных добавок 3. Организация плацебо-контролируемых клинических испытания биологически активных добавок на основе субстратов энергетического обмена. 4. Исследование механизма действия противогипоксических средств 5. Изучение противоспалительные и противовирусные свойств эмульсий прерфторуглеродов 6. Разработка систем для магниточувствительной наносорбционной очистки крови от высокомолекулярных токсинов. 7. Разработка и апробация системы психофизиологического тестироования при выполнении интеллектуальной работы с учетом параметров кардиоинтервалографии для оценки состояния вегетативной неврной системы и функционального состояния организма 8. Проводятся исследования в направлении нанотехнологии детоксикации крови и в области микрокатализа свободнорадикальных реакций в эмульсиях перфторуглеродов 9.Разработка средств против печеночной энцефалопатии и сахарного диабета. 1. Биологическая подвижность. Изучение методом электронно-зондового микроанализа распределения основных элементов (К,Na, Cl) между кардиомиоцитами, клетками эндотелия и межклеточным пространством при гипоксической деэнергизации сердца. 2. Биоэнергетика. Изучение адаптивных реакций энергетического обмена митохондрий тканей и целостного организма при гипоксии и ишемии. Механизмы действия противогипоксических средств на основе субстратов энергетического обмена и хинонов. 3. Наукоемкие технологии. Разработка и создание новых фармпрепаратов и биологически активных добавок на основе и природных метаболитов и химически инертных перфтруглеродов. Создание системы изучения безопасности и специфической активности новых лекарственных средств. Разработки новых методов очистки крови от токсинов с помощью магниточувствительных наносорбентов в системах экстракорпоральной перфузии. 4. Исследования систем и факторов, ограничивающих работоспособность, выносливость и скорость восстановления при экстремальных нагрузках. Внутри Института: с подразделениями, руководимыми, чл.-корр. РАН Г.Р.Иваницким, профессором Б.К.Гаврилюком, д.б.н. В.С.Акатовым, проф. З.А. Подлубной, в.н.с. А.А.Вазиной, проф. А.Б. Медвинским, проф. Д.А. Мошковым, проф. Э.И.Лежневым, проф. В.В.Смоляниновым, д.б.н. В.П.Кутушенко,с Центром коллективного пользования ИТЭБ РАН, к.ф.-м.н. Р.Н.Храмовым, Научно-образовательным центром ИТЭБ РАН. В рамках Пущинского научного центра РАН: с Пущинским государственным университетом, с группой масс-спектоскопии ИБФМ РАН, д.б.н. А.М.Зякун с группой микрокалориметрии ИБП РАН, к.т.н. Г.В.Котельников с лабораторий биологических испытаний ФИБХ РАН, д.б.н. А.Н.Мурашев, с лабораторий д.б.н. И.П.Моргунова ИБФМ РАН, С лабораториями и кафедрами других учреждений: Кафедра физиологии человека и животных, биофак МГУ «Физиология мышечной клетки сердца в экстремальных ситуациях» Кафедра биофизики, физфак МГУ «Динамика внутриклеточной концентрации калия в разных фазах развития раннего эмбриона мыши» Договора о научном сотрудничестве. - Институт инженерной физики (Серпухов) - ООО Комкон (Санкт-Петербург) - Институт стволовой клетки и клеточных технологий РАМН - Интернет-журнала «Биомедицинский журнал» Mеdline.ru (вошел в список ВАК) - Росийский Институт трансфузиологии и гематологии РАМН (СПБ) - Институт математических проблем биологии РАН - Российско-американские фирмы по пищевым добавкам. - Российское представительство фирмы "Берлин-Хеми" - Завод "Диод" - Журнал "Клеточной биологии" - фирма ООО "ИНТРАБИО" Международные научные связи по двустороннему и многостороннему сотрудничеству: - "O&S International" (Российское представительство Южно- Корейской фирмы).Тема:исследование биологически активных добавок серии «Пали-Пали» - Институтом Макса Планка (Мюнхен, Германия) совместно с Объединенным институтом высоких температур РАН, НИИ эпидемиологии и микробиологии им почетного академика Гамалеи РАМН,Институтом физико-химической медицины Росздрава по использованию низкотемпературной аргоновой плазмы для санации незаживающих инфицированных ран и язв. 011 лаборатория
Лаборатория биофизики возбудимых сред
Медвинский Александр Берельевич - зав. лаб., доктор физико-математических наук, профессор
Медвинский Александр Берельевич 91

91 20 009 Медвинский 05.06.2012 1) Продемонстрирована эффективность фотонной терапии. А именно, показано, что некогерентное красно-оранжевое светодиодное излучение обусловливает структурные изменения миокарда, которые носят адаптационный характер. В экспериментах использовались спонтанно-гипертензивные крысы линии SHR. С помощью морфометрического изучения фиксированных по стандартной методике тканей левого желудочка миокарда этих крыс выявлено наличие деструктивных изменений стромально-паренхиматозных отношений, вызванных существенным увеличением доли соединительной ткани по сравнению с нормотензивными крысами линии Wystar-Kyoto (WKY). В кардиомиоцитах крыс SHR обнаружена гиперплазия миофибрил и снижение общей площади митохондрий. После тринадцатидневного курса облучения красно-оранжевым светом с помощью светодиодной матрицы Коробова “Барва-Флекс” (1,44 Дж/см2) у крыс SHR обнаружен ряд изменений в структурных характеристиках сердечной мышцы. На светооптическом уровне в миокарде облученных крыс наблюдается прогрессивное уменьшение прослойки соединительной ткани и увеличение числа капилляров, приходящихся на единицу площади миокарда по сравнению со значениями в контрольной группе (на 12%, р<0,05). На ультраструктурном уровне в кардиомиоцитах облучённых крыс выявлена тенденция к дальнейшему нарастанию объема миофибрилярного аппарата, а также – значительное увеличение общей площади митохондрий, как по сравнению с интактными крысами линии SHR (на 13%, р<0,05), так и по сравнению с нормотензивными крысами WKY. Отношение общей площади митохондрий к общей площади миофибрилл имеет тенденцию к явному возрастанию, отражая более эффективную энергетическую обеспеченность кардиомиоцитов облученных крыс. Анализ структуры миофибрилл в сердечной мышце показывает, что у облученных крыс SHR она отличалась лучшей сохранностью и большей однородностью. Полученные результаты свидетельствуют о том, что фотонная терапия вызывает развитие адаптационно-компенсаторных перестроек в миокарде гипертензивных крыс, способствующих восстановлению сократительной функции сердечной мышцы. 2) В целях создания более эффективных светопреобразующих композиционных материалов экспериментально обоснован переход от крупнозернистых (5-10 мкм) к субмикрокристаллическим фотолюминофорам (менее 100 нм). Осуществлён синтез частиц (0.4-0.8 мкм) фотолюминофора оксисульфида иттрия, активированного европием (Y1,9Eu0,1O2S). 3) С целью изучения безопасности светопреобразующего фотолюминофора в виде оксисульфида иттрия, активированный европием (Y1,9Eu0,1O2S), проведены следующие исследования. Изучена острая токсичность при введении животным внутрь масляной субстанции, содержащей оксисульфид иттрия, активированный европием (Y1,9Eu0,1O2S). Исследовано раздражающее, аллергизирующее действие на кожу, слизистую оболочку глаз животных, а также – острая токсичность при накожном применении масляной субстанции, содержащей 20% и 50% микродисперсного оксисульфида иттрия, активированного европием (Y1,9Eu0,1O2S). Результаты проведенных экспериментов позволяют сделать вывод о том, что исследуемый фотолюминофор является нетоксичным соединением и относится к четвертому классу опасности в соответствии с классификацией ГОСТ 1.2.007-76. При накожном применении это соединение не оказывает раздражающего и аллергизирующего действия. По показателям безопасности оно отвечает требованиям СанПин 1.2.681-97 «Гигиенические требования к производству и безопасности парфюмерно - косметической продукции» и может быть рекомендовано для введения в состав косметических средств в изученных пределах. 1) Разработан новый высокоточный метод расчета энергии гидратации органических молекул – модель структурных дескрипторов. Эта модель основана на комбинации методов статистической механики и хемоинформатики. В отличие от традиционных подходов модель требует небольшое число дескрипторов, определяющих молекулярную структуру гидратированной молекулы, таких как исключенный объем, количество двойных связей, число гидроксильных, бензольных, кетоновых, и других химических групп. Модель была протестирована для 120 гидратированных молекул, точность расчета составляет 1.2 ккал\моль. 2) На основе метода интегралов по путям проведен анализ роли дисперсионных взаимодействия для электронов сольватированных в метал-аммиачных растворах и поляронов сильной связи. Показано, что при конечных концентрациях поведение этих квазичастиц контролируется этими взаимодействиями, которые приводят к квантовому фазовому переходу особого рода. Этот переход сопровождается резким увеличением диэлектрической проницаемости и возникновением механической нестабильности системы. Полученные результаты подтверждаются экспериментальными данными и могут служить основой для создания электронных наноматериалов нового поколения. 3) Получены экспериментальные данные по индукции больших делеций митохондриальной ДНК в клетках тканей мозга и селезёнки мышей после воздействия рентгеновского излучения в дозах 2 и 5 Гр в течение 4-х недельного пострадиационного периода. Изучено изменение содержания внеклеточной мтДНК с делециями в плазме крови облученных в дозе 5 Гр мышей в те же пострадиационные сроки. Впервые показано, что количество мтДНК с делециями в тканях облученных мышей зависит от дозы и пострадиационного времени. Выявлено, что количество индуцированных делеций в течение месячного пострадиационного периода не остается постоянным. При использованных дозах до 8 дня после облучения происходит возрастание делетированных копий в тканях животных, а на 14 и 28 дни – снижение их количества. Это характерно как для клеток мозга, так и для клеток селезёнки. Полученные результаты позволяют предполагать, что мутантные копии мтДНК элиминируются из тканей облученных животных в пострадиационный период. 4) Исследовалась динамика электрической активности в миокарде синоатриального узла. Исследована динамика преавтоматической паузы водителей ритма синоатриального узла при их взаимодействии с соседними клетками миокарда и при действии на них нейромедиаторов, выделяемых из нервных окончаний. Проведено математическое моделирование ритмогенеза и распространения возбуждения в синоатриальном узле в норме и под действием ацетилхолина. Обнаруженo, что в норме происходит спонтанное формирование одного или нескольких ведущих центров, синхронизирующих ритм синоатриального узла. Под действием ацетилхолина характер проведения существенно изменяется, что выражается в появлении временного функционального блока проведения и миграции ведущего центра (водителя ритма). 5) Исследовалась динамика электрической активности в нервной ткани мозга. Проведен анализ фазовых соотношений между сигналами тета-ритма гиппокампа и медиальной септальной области мозга в норме и при эпилепсии. В результате удалось установить, что в нормальном состоянии постоянно ведущий канал отсутствует и нет явно выделенных сигналов определенной частоты, перед окончанием острых судорог во всей полосе частот тета-ритма ведёт сигнал из септума, при спонтанной судороге в тета-ритме постоянно присутствует сигнал определенной частоты (около 6,5 Гц) с высокой степенью когерентности, при этом ведёт сигнал из гиппокампа. 6) Впервые показано, что облучение модельным солнечным светом с помощью светопреобразующих экранов приводит к увеличению физической работоспособности мышей до 50% и стимулирует морфогенетические процессы в кардиомиоцитах: относительная площадь митохондрий в клетках опытных животных была увеличена на 20% (р<0,05), площадь саркоплазматического ретикулума увеличилась на 23,4% (р<0,05), прирост объемов миофибрилярного аппарата составил 19,4% (р<0,05) по сравнению с контрольными животными. Установлено, что эти изменения обусловлены люминесцентной составляющей облучения, обусловленной преобразованием ультрафиолетовой компоненты модельного солнечного света в оранжево-красный свет. 7) С применением математического моделирования и методов нелинейного анализа показано, что предсказуемость динамики популяций существенно определяется не только характером (регулярность или хаотичность) изменения численности популяций во времени, но также – такими факторами, как: конкуренция между отдельными одновременно существующими аттракторами, характерный размер хаотического аттрактора, характерная временная шкала. Медвинский А.Б.Медвинский занимался исследованиями роли высокопроницаемых межклеточных контактов в электрической связи клеток, изучением проведения возбуждения в активных средах, в частности, экспериментальными исследованиями механизмов высокочастотных предсердных аритмий. Наряду с исследованиями механизмов нарушений ритма сердца А.Б.Медвинский изучал механизмы структурообразования в другом классе активных сред, а именно – в бактериальных колониях. В настоящее время научные интересы А.Б. Медвинского сосредоточены на математическом моделировании динамики популяций и анализе предсказуемости этой динамики. В 2004 г. А.Б. Медвинскому присвоено звание профессора по специальности «биофизика». А.Б.Медвинский входит в состав редакционных коллегий международных журналов «Nonlinear Dynamics, Psychology, and Life Sciences», «Ecological Complexity» и «Ecological Processes». Он является автором более чем 200 публикаций. Лаборатория сформирована на базе Лаборатории автоволновых процессов возбуждения, созданной и долгое время возглавлявшейся профессором Валентином Израилевичем Кринским Лаборатория биофизики возбудимых сред 1) Солнцезащитные покрытия для оздоровления человека. 2) Создание и разработка недопинговых методов и средств расширения функциональных резервов организма. 1) Исследование эффектов сольватации. 2) Математическое моделирование электровозбудимых клеток и механизмов сердечных аритмий. 3) Математическое моделирование динамики электорической активности мозга. 3) Ультраструктурные аспекты и базисные механизмы адаптивного действия светотерапии. 4) Математическое моделирование пространственно-временной динамики популяций. 1) Партнёрство внутри ИТЭБ РАН: Лаборатория кристаллофизики и рентгеноструктурных исследований с использованием синхротронного излучения Лаборатория системной организации нейронов Лаборатория роста клеток и тканей Лаборатория ультраструктуры нейрона Лаборатория структуры и функции мышечных белков 2) Партнёрство вне ИТЭБ РАН Институт биофизики клетки (Пущино) Институт химии растворов им Г.А. Крестова РАН (Иваново) Институт физики твердого тела РАН (Черноголовка) Институт общей и неорганической химии РАН (Москва) Московский государственный университет Институт экологии и эволюции им. А.Н. Северцова (Москва) Московский физико-технический институт Институт общей генетики РАН (Москва) Нижегородская государственная медицинская академия Северокавказский технологический университет (Ставрополь) ЗАО «Восток – прозрение» (Москва) ЗАО «Новые технологии» (Дубна) Max-Planck-Institut fü,r Mathematik in den Naturwissenschaften (Leipzig) W. R. Wiley Environmental Molecular Sciences Lab (Richland) Institut Né,el, CNRS (Grenoble) The University of Edinburgh Itä,-Suomen Yliopisto (Kuopio) Корпорацiя «Лазер i здоров’я» (Харкiв) 009 лаборатория
Лаборатория митохондриального транспорта
Миронова Галина Дмитриевна - зав. лаб., доктор биологических наук, профессор
Миронова Галина Дмитриевна 127

127 17М.Н.Кондрашова 032 1997 16.12.2011 1. Установлено, что предшественники активатора митоК-АТФ канала в клетке (уридин и УМФ) играет важную роль в предотвращении ишемических повреждений и нарушений ритма сердца (обладают выраженным кардиопротекторным свойством)на моделях острого инфаркта миокарда и ишемия-реперфузия. Они сокращают индекс ишемической альтерации (величину зоны инфаркта), величину зоны некроза (модель ишемия-реперфузия) и величину амплитуды Т-волны в течение 60 минут после окклюзии левой коронарной артерии у экспериментальных животных. УМФ и уридин обладают также и антиаритмическим действием. Эти препараты уменьшают количество экстрасистол, длительность желудочковой тахикардии и фибрилляции. Кардиопротекторные эффекты предотвращаются ингибиторами митоКАТФ канала, глибенкламидом и 5-HD,что указывает на перспективность использования метаболических активаторов в плане предупреждения и лечения инфаркта миокарда. Полученные данные указывают на перспективность использования уридина и УМФ в клинике в качестве кардиопротекторов.2. Получен патент: Мальцев А.В., Миронова Г.Д., Байрамов В.М., «Способ диагностики амилоидоза и комплекс средств для его осуществления» RU (21) 2006142965/15 (13)А (2008) Бюллетень Федерального Государственного учреждения «Федеральный институт промышленной собственности федеральной службы поинтеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам» Ru БИПМ №16 стр. 338-339. В течение последних 5 лет лабораторией получены следующие научно-значимые результаты:1. На модели острого инфаркта миокарда у крыс установлено, что внутривенное введение уридина и УМФ, которые по нашим данным является источниками образования в миокарде метаболического активатора митоКАТФ канала –УДФ, приводит к предупреждению распада макроэргических соединений (АТФ и креатинфосфата) а также гликогена в ишимизированном миокарде, предупреждению нарушений окислительно-восстановительных процессов в миокарде, наблюдаемых при ишемии. Специфические ингибиторы каналов снимают положительный эффект уридина и УМФ, следовательно кардиопротекторный эффект препаратов связан с активацией этих каналов. .2. Обнаружено, что антигипоксический флавоноид-содержащий препарат растительного происхождения (Экстралайф) активирует митоКАТФ канал как в эксперименте in vitro, так и in vivo, что указывает на участие митоКАТФ канала в формировании долгосрочной устойчивости организма в гипоксии.. 3. Установлено, что крысы с высокой генетически детерминированной устойчивостью к гипоксии обладают большей активностью митохондриального АТФ-зависимого калиевого канала по сравнению с низкоустойчивыми животными. Адаптация низкоустойчивых крыс к гипоксии, сопровождается увеличением активности канала, облегчением рециклизации калия в митохондриях и снижением скорости образования в них перекиси. Полученные результаты следует рассматривать, как доказательство существенной роли митоКАТФ в формировании долгосрочных механизмов адаптации животных к гипоксии4. Установлено, что активность митоКАТФ канала значительно снижается по старения животных, что частично связано с нарушением регуляции и экспрессии белка-канала. Снижение активности канала при старении может быть причиной увеличение риска инфаркта миокарда людей с возрастом.5. Показана значительная активация митоКАТФ канала при выходе животных из состояния спячки, частично связанная с изменением регуляции белка-канала в митохондриях, что может играть важную роль в механизме теплообразования в этом состоянии.6. Установлено, что при открытии поры происходит выход из митохондрий проапоптотического белков - цитохрома с, AIF, что объясняет недавно обнаруженные свойства пальмитиновой и стеариновой кислот, но не олеиновой кислоты, активировать апоптоз.7. Показано, что пальмитат/Ca2+-индуцированная пора может участвовать в рециклизации ионов кальция в митохондриях как неспецифическая система выхода иона.8. Показано, что открытие липидной пальмитат/Са2+-индуцированной поры может происходить не только во внутренней митохондриальной, но и цитоплазматической мембране эритроцитов. Миронова Профессор ПущГЕНИ, читает курс лекций по специальности "Цитопатология" лаборатория митохондриального транспорта была основана в 1997г. Митохондриального транспорта Инфаркт миокарда: новые подходы для профилактики и лечения, регуляция апоптоза. Международный научно-технический центр. Проект №3301, 2006-2009, руководитель проф. Миронова Г.Д., исполнители лаборатория митохондриального транспорта ИТЭБ РАН Роль митохондриальных систем транспорта калия и пальмитат/Са2+-активируемой поры в адаптации организма к гипоксии и защите сердца от ишемических повреждений. грант "развитие научного потенциала высшей школы №2.1.1/3840(2009-2010) руководитель проф. Миронова Г.Д., исполнители лаборатория митохондриального транспорта ИТЭБ РАН Изучение механизмов функционирования и регуляции митохондриального АТФ-зависимого калиевого канала и роль канала в защите сердца от окислительного стресса, (гранты Минпром РФФИ 2004-2006,2007-2009, 2010-2012, руководитель проф. Миронова Г.Д., исполнители сотрудники лаборатории митохондриального транспорта ИТЭБ РАН.Изучение митохондриальной липидной поры, индуцируемой пальмитиновой кислотой и Ca2+ (грант РФФИ 09-04-01024-а 2009-2011г.г. "Митохондриальная пальмитат/Ca2+-активируемая пора: возможное физиологическое значение", руководитель к.б.н. Белослудцев К.Н.)Изучение структурной организации Са2+ канала (унипортера)митохондрий совместно с проф. Н.Э. Сарисом (Хельсинский университет, Финляндия) 1. Внутри Института:- Изучение механизма образования мембранных пор, индуцированных комплексом пальмитиновой кислоты и Са2+, проводится совместно с лабораторией кристаллографии и рентгеноструктурных исследований с использованием синхронного излучения.- Создание модели инфекционного эндокардита и изучении роли митоКАТФ канала в предупреждении развития окислительного стресса2. С другими учреждениями: - Изучение кардиопротекторных свойств природных активаторов митохондриального АТФ- зависимого калиевого канала. Отдел нейрофармакологии НИИ экспериментальной медицины РАМН)(зав. отдела Н.С.Сапрунов), Санкт-Петербург. - Изучение роли флавоноидов в активации митоК-АТФ канала. НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН(проф. Л.Д. Лукьянова), г.Москва.- Изучение роли митоКАТФ канала в адаптации организма к гипоксии на животных с различной устойчивостью, а также адаптированных животных. НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН(проф. Л.Д. Лукьянова), г.Москва - Изучение роли пальмитат/Са2+-индуцированной поры в механизме деградации нервной клетки при окислительном стрессе. НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН(проф. засл. деят наук. Б.И. Ходоров), г.Москва - Изучение роли митоКАТФ канала в создании окислительного стресса на кардиомиоцитах под влиянием энтеротоксина. Институт фундаментальных проблем биологии РАН (д.б.н., И.Р. Прохоренко), г. Пущино 4. Международные научные связи:- Изучение структурной организации митохондриального АТФ- зависимого калиевого канала. Институт аспирантов г.Портленд ,США (проф. K.Garlid)- Изучение Са-связывающих свойств митохондриальных липидов. Медицинский факультет, Лионский Университет, Лион, Франция (Д-рa. O.Gateau-Roesch and C. Levrat)- Изучение свойств пальмитат/Са2+–индуцированной поры в митохондриях. Хельсинский Университет, Хельсинки, Финляндия (Проф. N-E.Saris).- Изучение структурной организации митохондриального Са2+ унипортера Хельсинский Университет, Хельсинки, Финляндия (Проф. N-E.Saris). 032 лаборатория
Лаборатория наноструктур и нанотехнологий
Морозов Виктор Николаевич - зав. лаб., доктор физико-математических наук
Морозов Виктор Николаевич 325

325 10 016 2009 28.02.2012 Разработаны методы 1. Создания биологических микрочипов 2. Ультра-чувствительныого быстрого иммунохимического анализа 3. Изготовления аналитических водорастворимых нанофильтров 4. Генерации биологических нано-аэрозольных лекарств Патенты и заявки 1. Morozov V.N. (1986) Method of determination of N-benzoyl-L-arginine ethyl ester. Patent SU No 1205015A, 15.01.86. 2. Morozov V.N., Morozova T.Ya. (2000) Detection of ligand interaction with polymeric material. Patent USP 6,033,913, Mar. 7, 2000 (International patent) 3. Kallenbach N. R., Morozov V. N. (2000) Visual entertainment eyewear system and apparatus therefore. Patent USP 6,045,224, April 4, 2000. 4. Morozov V.N., Morozova T.Ya. (2002) Electrospraying solutions of substances for mass fabrication of chips and libraries. Patent US 6350,609 B1, Feb. 26, 2002. (International patent) 5. Morozov V.N., Morozova T.Ya. (2002) Electrospraying solutions of substances for mass fabrication of chips and libraries, USPTO #20020048770, April 25, 2002 6. Morozov V.N., Morozova T.Ya. (2003) Electrospraying solutions of substances for mass fabrication of chips and libraries. USPTO #20030150739, August 14, 2003 7. Morozov V.N.,Yamagata, J. (2000) Liquid treatment device with storage tank and delivery tank. European Patent Office, Application 00906688.7-2206 8. Yamagata, Y. Tsunehiko O., Morozov, V., Kozo, I. Liquid treating equipment including a storage vessel and a discharge vessel US PTO #7,189,365, March 13, 2007 9. Morozov V.N., Yamagata, J. (2000) Capacitive force sensor. European Patent Office, Application 009066879-2213. 10. Yamagata, Y., Tsunehiko, O., Morozov, V. Inoue, K. Electrocapacitive force measuring apparatus. Patent US # 6,628,124 September 30, 2003. 11. Morozov V.N., Morozova T.Ya. Electrospray apparatus for mass fabrication of chips and libraries. US patent # 6,787,313, September 7, 2004. 12. Morozov, V., Vsevolodov, N., A. Elliott, A. Bailey, C. (2008) Detection and recognition of analytes based on their crystallization patterns US. 7,368,288, May 6, 2008 13. Morozov V.N., Morozova T.Ya. Methods and Devices for Active Bioassay. USPTO #20040115709, June 17, 2004. 14. Bailey, C.L., Morozov, V.N., Vsevolodov, N.N. Electrospray neutralization process and appararus for generation of nano-aerosol and nano-structured materials. US 7,776,405 B2, issued Aug. 17, 2010. 15. Morozov, V., Bailey, C., Evanskey, M. (2010) Analyte detection using an active assay. US # 7,824,927 B2, November 2, 2010 16. Morozov, V. (2006) Flow chamber , USPTO #20060263269, November 23, 2006, 17. Morozov V. (2006) Electrocapturing flow cell. USPTO #20060260942, November 23, 2006 18. Morozov, V., Bailey, C. Vsevolodov, N. N., Cell Culture, USPTO #20060273187, December 7, 2006. В лаборатории разработаны фундаментальные основы ряда новых технологий, таких как: 1. Физика электронапыления белков и олигонуклеотидов 2. Активные методы гетерогенного иммуно- и гибридизационного анализа 3. Газофазная нейтрализация белковых ионов как способ создания биологических наноаэрозолей 4. Бесконтактного анализа маркеров легочной жидкости по выдыхаемому воздуху Морозов Лаборатория была сформирована в 2009 году на на базе Лаборатория биофизики клетки и межклеточных взаимодействий, которую по 2009 возглавлял чл.-корр. РАН, действительный член Европейской Академии Наук Левон Михайлович Чайлахян. Лаборатория наноструктур и нанотехнологий В лаборатории разрабатываются следующие прикладные задачи: 1. Метод создания биологических нано-аэрозолей (нанокластеров белков, ДНК, лекарственных веществ) для биомедицинских применений, таких как аэрозольная активная и пассивная вакцинация и терапия легочных заболеваний 2. Методы анализа и дозиметрии биологических нано-аэрозолей 3. Методы бесконтактной диагностики легочных заболеваний по нелетучим биомаркерам в выдыхаемом воздухе 4. Методы быстрого обнаружения следовых количеств биологических молекул (таких как токсины, ДНК, вирусов и бактерий 5. Методы содания нановолоконных мембран и фильтров В лаборатории исследуются фундаментальные проблемы создания и анализа биологических наноаэрозолей, исследуются фундаментальные ограничения при анализе биологических маркеров, следовых количеств биолоических веществ в жидких и газообразных пробах 1. Внутри Института: - с лабораторией клеточной инженерии 2. В России - с лабораторией иммунологических методов онкологического Центра - с лабораторией диагностики туберкулезной клиники Московской Медицинской Академии 3. За рубежом - с университетом Джорджа Майсона, Вирджиния, США 016 лаборатория
Лаборатория функциональной биофизики белка
Орлов Николай Яковлевич - зав. лаб., доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник
Орлов Николай Яковлевич 188

188 25 008 1991 03.12.2010 А. Люминесценция белка: 1966-1970 гг. Разработан метод определения доступности флуорофоров белка растворителю с помощью низкомолекулярных ионных тушителей (метод избирательного тушения флуоресценции). 1971-1975 гг. (1) Разработаны новые подходы и методы выявления и характеристики структурных перестроек белков методами флуоресценции. (2) Определены параметры флуоресценции, которые можно (квантовый выход и интенсивности при постоянной длине волны) и нельзя (положение максимума спектра, отношение интенсивностей излучения при двух длинах волн) использовать в качестве линейной меры завершенности переходов в равновесных и кинетических экспериментах. (3) Разработан метод разложения составных спектров триптофановой флуоресценции белков на элементарные компоненты, описываемые однопараметрической лог-нормальной функцией. (4) На базе анализа лог-нормальных компонент спектров триптофановой флуоресценции белков статистически обнаружена дискретность их состояний, отражающаяся в различном распределении положении максимумов их спектров излучения. (5) Разработан метод псевдо-фазовых графиков в координатах интен-сивностей флуоресценции белка при двух разных длинах волн (метод параметрического представления) для характеристики структурных и физико-химических переходов белков в равновесном и кинетическом режиме исследования, позволяющий по отсутствию или наличию изломов линейности характеризовать переход как переход между двумя состояниями или через интермедиаты, метод позволяет определять спектры флуоресценции интермедиатов без прямого измерения спектров. Позднее показано, что параметрами такого представления могут служить и параметры, получаемые любыми иными, нефлуоресцентными методами, которые обладают линейной зависимостью от степени завершенности перехода. 1975-1980 гг. Разработан метод повышения чувствительности определения флуоресцирующих веществ в растворе с помощью замораживания в присутствии флуорофоров, служащих донором энергии для определяемого вещества, ведущего к образованию совместных кристаллов, в которых эффективность переноса энергии существенно повышается (Бусел Е.П., Бурштейн Э.А. Авт. свид. .№683556, 1979). 1985-1990 гг. (1) Разработан метод определения максимально допустимой температуры мясного сырья при технологической переработке, основанный на измерениях вызываемых денатурацией и коагуляцией сдвигов белковой флуоресценции мяса при нагревании (Е.Ф.Орешкин, М.А.Борисова, Г.С.Чубарова, Е.А.Пермяков, Э.А.Бурштейн, Авт. свид. №1411666, 1988). (2) На основании изменения спектров флуоресценции кальций-связывающих белков (парвальбуминов, альфа-лактальбумина и др.) разработан способ определения концентрации ионов кальция в растворе (Пермяков Е.А., Шныров В.Л., Дятчин И.В., Бурштейн Э.А. Авт. свид. №1580256, 1990). 1991-2000 гг. Статистический анализ физических и химических параметров окружения индольных флуорофоров в пространственных структурах около 50 белков показал, что спектрофлуоресцентная дискретность состояния остатков триптофана определяется дискретностью таких свойств микроокружения индольного флуорофора в белке, как доступность растворителю, подвижность и полярность окружения. Анализ спектров более 150 белков и их конформеров позволил идентифицировать и статистически обосновать в белках 5 наиболее типичных дискретных состояний остатков триптофана и охарактеризовать особенности их локализации и физико-химических свойств их окружения в молекуле белка. 2001-2010 гг. Разработаны приемы и методы повышения информативности спектрофлуоресцентного исследования природы структурных и физико-химических переходов в белках с использованием разложения спектров триптофановой флуоресценции на лог-нормальные компоненты. Использование в анализе поведения отдельных компонент позволяет раздельно анализировать изменения состояния индивидуальных остатков триптофана или их групп в процессе перехода. В целом, это позволяет создать единый, основанный на измерениях спектров триптофановой флуоресценции, подход к анализу перестроек и физико-химических переходов белков. Б. Системы зрительной трансдукции: 1) Изложенная выше точка зрения, согласно которой трансдуцин (а, возможно, и другие GTP-связывающие белки) активируются in vivo в результате рецептор-индуцированного переноса фосфата от ,-субъединицы трансдуцина, фосфорилированной NDP киназой, на GDP, локализованный в активном центре его ,-субъединицы, позволяет понять принципы информационного процессинга в клетке. Знание этих принципов необходимо при разработке подходов к созданию различных систем на биологических элементах. 2) Полученные впервые данные о том, что различия в вариабельной области V1 , и , субъединиц NDP киназы являются главной физико-химической основой различий между ее изоформами открывают пути для понимания того, что является основным источником мультифункционального поведения гексамеров NDP киназы в клетке и какова роль этого фермента в норме и патологии, и, в частности, в процессах канцерогенеза. В. Биологическая кинетика: Создан метод на основе теории графов для анализа биохимических реакций в различных режимах. Этот метод вошел в учебники по энзимологии в разных странах (например: “Fundamentals of Enzyme Kinetics”, Portland Press, 2004). Г. Фотофизика и фотохимия бактериородопсина: Практическое значение могут иметь полученные в лаборатории полимерные пленки, содержащие иммобилизованные бактериородопсин или его производные. Пленки могут быть использованы в качестве фотохромных материалов для записи, обработки и хранения оптической информации. 1980-1985гг. Исследование пленок из BR дикого типа, иммобилизованного в полимерную матрицу (пленки «Биохром»). Показано, что время фотоцикла (аналог времени хранения оптической информации) иммобилизованного BR превышает время фотоцикла этого белка в суспензии примерно в 1000 раз. 1986-1990 гг. Исследование химических добавок для повышения чувствительности пленок. Показано, что введение добавок в состав фоточувствительной смеси на порядок повышает чувствительность пленок по сравнению с пленками, сформированными без добавок. 1991-1995 гг. Исследование пленок «Биохром», содержащих генетически модифицированные производные BR (D96N, D96Е, D85N, S35C) или BR с ретиналем, имеющим в 4 положении циклогексенового кольца кето–группу (4-кето-аналог ретиналя). Показано, что время фотоцикла для BR с 4-кето-аналогом ретиналя увеличивается до десятка минут. Производные D96N и D96Е обладали максимальной длительностью фотоцикла. 1996-2000 гг. Исследование пленок «Биохром», полученных на основе бактериородопсина и его производного D96N и содержащих 4-кето- и 14-F-аналоги ретиналя (4-кето-BR, 4-кето-D96N, 14-F-BR и14-F-D96N). Показано, что времена фотоцикла производного 4-кето-D96N достигают 30 мин. Проведен сравнительный анализ фотохимического поведения пленок на основе 4-кето-BR и его производного 4-кето-D96N. В целях устранения недостатка, присущего 4-кето-аналогам (гипохромный сдвиг полосы поглощения), исследовались бактериородопсины, характеризующиеся батохромным сдвигом, в частности 14-F-BR и 14-F-D96N. Показано, что искомый батохромный компонент появляется при освещении суспензий 14-F-BR, а также в результате прекращения облучения суспензий производного 14-F-D96N. Определен молекулярный дихроизм исходной и фотоиндуцированной форм BR и его производных. Это позволило оптимизировать подходы к поиску производных бактериородопсина, потенциально пригодных для использования в качестве фоточувствительной среды. 2001-2010 гг. Обнаружено, что желатиновые пленки на основе производного BR E204Q имеют ряд преимуществ по сравнению с пленками, содержащими бактериородопсин или его мутанты по остатку D96. Они обладают существенно меньшей зависимостью от влажности, более длительным состоянием световой адаптации, максимальной дифракционной эффективностью и увеличенной (в 1.6 раза) амплитудой начальной фазы кинетики голографической записи. Все это делает пленки на основе BR E204Q весьма перспективным материалом для использования в системах записи и обработки оптической информации, например, в динамической голографии. Большая амплитуда начальной фазы процесса позволяет использовать такие пленки как в качестве фильтра новостей, так и для детекции быстрого движения объектов. В свою очередь, желатиновые пленки на основе модифицированных по остатку D96 бактериородопсинов (низко-насыщающий материал для динамической записи), могут быть использованы для хранения оптических данных (с использованием анизотропии В-типа) и в качестве пространственных световых модуляторов (с использованием анизотропии М- и В-М-типов). Показано, что гель на основе производного BR D96N, модифицированного О-(2,3,4,5,6-пентафлуоробензил)гидроксиламином, может быть перспективной средой для однократной записи изображения, расширяя, тем самым, линейку материалов, используемых для записи и обработки оптической информации. Д. Исследования состояния белков при промышленной переработке мяса: Актуальной проблемой современной мясной промышленности является разработка наукоемкой экологически безопасной и энергосберегающей технологии, позволяющей сократить длительные (до 2-3 недель) процессы созревания и тендеризации мясного сырья без использования ксенобиотиков. В течение последних 5 лет совместно с лабораторией биохимии и биофизики мяса ГНУ ВНИИ мясной промышленности им. В.М.Горбатова РСХА был проведен цикл работ по исследованию физико-химических и структурных механизмов ион-индуцированной деструкции мышечной ткани в процессе ее автолиза. Методами электрофореза, световой микроскопии, флуоресцентной спектроскопии и микрокалориметрии показано, что под влиянием избыточной концентрации ионов кальция (5 мМ) происходит разрушение миофибриллярных структур, ослабление Z-дисков и ригорных сшивок. При этом выявлена индуцируемая ионами кальция фрагментация цитоскелетных белков – коннектина и небулина. В результате этого значительно сокращается время послеубойного окоченения и последующего разрешения мышечной ткани. Ионы кальция инициируют изменения в третичной структуре цитоскелетных белков, белков актомиозинового и тропомиозин-тропонинового комплексов. Уменьшается их структурная стабильность и увеличивается доступность пептидных связей действию тканевых протеаз. Таким образом, обработка мышечной ткани ионами экзогенного кальция улучшает ее текстуру, значительно (в 3-4 раза) сокращает время созревания мясного сырья. Повышается экологическая и физиологическая безопасность мясной продукции за счет исключения из технологического цикла (или снижения концентрации) ксенобиотиков – химических и биологически активных добавок (ферментов, гормонов, антиоксидантов, бактериостатиков). Возможно создание мясных продуктов специального назначения (продукты лечебного и детского питания), обогащенных легкоусвояемым кальцием в пределах физиологической нормы. Во всех случаях методический уровень разработок соответствует требованиям современной науки. Были получены следующие авторские свидетельства на изобретения и патенты: 1. Бусел Е.П., Бурштейн Э.А. Люминесцентный способ анализа. Авт. Свид. № 683556б 1979. 2. Всеволодов Н.Н., Дружко А.Б., Чекулаева Л.Н., Мицнер Б.И. и Евстигнеева Р.П. Фотохромный материал. Авт. Свид. № 1032912, 1983. 3. Всеволодов Н.Н., Дюкова Т.В., Чекулаева Л.Н., Фотохромный материал, Авт. Свид. № 1194177, 1985. 4. Орешкин Е.Ф., Борисова М.А., Чубарова Г.С., Пермяков Е.А., Бурштейн Э.А. Способ определения максимально допустимой температуры мясного сырья высшего сорта. Авт. Свид.№ 1411666б, 1988. 5. Пермяков Е.А., Шныров В.Л., Дятчин И.В., Бурштейн Э.А. Способ определе-ния концентрации ионов кальция в растворе. Авт. Свид. № 1580256, 1990. 6. Dyukova T., Vsevolodov N. Photochromic compositions and materials containing bacteriorhodopsin. US Patent 5518858, 1996 (права принадлежали Национальному Институту Стандартов и Технологий Департамента Коммерции США) Использование результатов научных исследований в народном хозяйстве: На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по использованию солей кальция при посоле парного мяса с целью его мягчения и ускорения созревания. В 2005 г. разработанные нами научные рекомендации были успешно апробированы в производственных условиях на Иошкар-Олинском мясоперерабатывающем комбинате. Проводится оформление документации для подачи патентной заявки. За последние 5 лет получены следующие результаты: А. Люминесценция белка: Статистический анализ физических и химических параметров окружения индольных флуорофоров в пространственных структурах около 50 белков показал, что продемонстрированная нами ранее спектрофлуоресцентная дискретность состояния остатков триптофана определяется дискретностью таких свойств микроокружения индольного флуорофора в белке, как доступность растворителю, подвижность и полярность окружения. Продемонстрирована эффективность исследования структурных и физико-химических переходов белков с использованием разложения составных спектров триптофановой флуоресценции белков на дискретные лог-нормальные компоненты. Б). Биологическая кинетика: Созданы кинетические модели мультифункциональных ферментов (дегидрогеназ α,-кетокислот, фосфофруктокиназы-2). В). Системы зрительной и клеточной трансдукции: 1) Обнаружено GTP-зависимое взаимодействие между нуклеозиддифосфаткиназой (NDP киназа) и R*Gt комплексом – функциональным комплексом между фотоактивированным рецептором света наружных сегментов палочек (НСП) сетчатки родопсином (R*) и ключевым элементом молекулярного усилителя фоторецепторов G белком трансдуцином (Gt) [Орлов, Кимура, 1998]. Показано, что такое взаимодействие специфично для альфа-изоформы NDP киназы [Orlov et al., 1996]. В ряде независимых работ показано, что бета-субъединица Gt фосфорилируется, а ферментом, катализирующим этот процесс может NDP киназа, являющаяся мультифункциональным белком, играющим принципиальную роль в клетке в норме и патологии (например, в процессах канцерогенеза). Совокупность этих данных укладывается в рамки предложенной нами ранее гипотезы [Орлов и сотр., 1982], согласно которой трансдуцин активируется в результате R*-зависимого трансфосфорилирования связанного GDP, а роль фосфотрансферазы в этом процессе играет бета-субъединица Gt [Тищенков, Орлов, 1984]. Гипотеза (1) позволяет объяснить, каким образом in vivo обеспечивается высокая скорость активации Gt в фоторецепторе при предельно низком уровне собственных шумов, (2) может быть основой для понимания принципов высококачественной передачи информации в клетке, и, (3) по-видимому, применима для объяснения процессов активации GTP- и ATP-связывающих белков различных семейств, в частности, факторов элонгации и инициации белкового синтеза, малых GTP-связывающих белков, G-белков, цитоскелетных АТФ- и GTP-связывающих белков (все эти белки принципиально подобны друг другу по способности существовать в двух структурно и функционально различных состояниях, стабилизируемых соответствующими нуклеозидфосфатами). 2) NDP киназы млекопитающих являются гексамерами, состоящими из двух типов (альфа и бета) спонтанно ассоциированных субъединиц (по 152 ам.ост.) и, таким образом, существуют в клетке виде набора изоформ (набор изоформ специфичен для каждого типа клеток). Субъединицы кодируются независимыми генами, но характеризуются высокой степенью гомологии (>90%), близки по своим каталитическим свойствам, способу гексамерной организации, строению активного центра и трехмерной структуре, а все различия между ними локализуются в двух небольших участках их первичных структур - вариабельных областях V1 (остатки 37-50, 7 замен) и V2 (остатки 131-150, 6 замен). Физико-химические основы различий между изоформами и физиологический смысл существования изоформ NDP киназы с близкими каталитическими и структурными свойствами пока не ясны и являются предметом исследования многих лабораторий. Выполненное нами исследование рекомбинантных гомогексамерных альфа и бета изоформ NDP киназы крысы, состоящих из альфа или бета субъединиц, отличающихся лишь V1 и V2 областями, показало, что NDP киназы альфа и бета принципиально различаются по (a) взаимодействию с R*Gt комплексом, (б) флуоресцентным свойствам, (в) структурной мобильности и (г)термостабильности. Оказалось также, что по всем этим характеристикам поведение химерных форм - NDP киназы,альфа(1-130)бета(131-152) и NDP киназы,бета(1-130)альфа(131-152) подобно поведению альфа и бета изоформ NDP киназы соответственно. Полученные данные впервые показали, что различия в вариабельной области V1 альфа и бета субъединиц NDP киназы, по-видимому, являются главной физико-химической основой различий между изоформами и, как следствие, основным источником мультифункционального поведения гексамеров NDP киназы в клетке. Г) Фотофизика и фотохимия бактериородопсина: Проведено детальное исследование бактериородопсина (BR) дикого типа и его производного D96N, содержащих в качестве хромофора 14-F-аналог ретиналя (14-F-BR и 14-F-D96N). Обнаружено, что в суспензии пигменты 14-F-BR и 14-F-D96N отличаются условиями появления батохромного компонента, поглощающего в районе 660 нм. Такие различия можно объяснить в рамках предположения о существовании двух параллельных фотохимических процессов, по-разному проявляющихся в суспензиях BR и D96N. Иммобилизации этих пигментов в желатиновых полимерных матрицах ведет к исчезновению батохромного компонента. По-видимому, это может означать, что кинетические свойства этих фотопроцессов для пигментов в водной суспензии и желатиновых пленках различны. Эта точка зрения была подтверждена результатами исследований влияния влажности на фотопроцессы, протекающие в иммобилизованных белках. Для каждого пигмента были найдены величины относительной влажности, при которых появляется батохромный компонент. Впервые при использовании лазерного излучения (633 нм) низкой интенсивности (200 мВт/см2) произведена динамическая голографическая запись на желатиновых пленках, содержащих 14-F-BR и 14-F D96N. Обнаружено, что предварительное освещение образцов лазером с длиной волны 442 нм (80 мВт/см2) приводило к увеличению дифракционной эффективности, подсветка длительностью до 1 с увеличивала дифракционная эффективность втрое. В ходе выполненных экспериментов был обнаружен не известный ранее синий фотопродукт. Обсуждается природа этого фотопродукта. Проведено исследование желатиновых пленок и гелей на основе бактериородопсина дикого типа и мутанта D96N для однократной записи изображения с использованием О-замещенных гидроксиламинов. Показано, что О-(4-нитробензил)гидроксиламин гидрохлорид и О-(2,3,4,5,6-пентафлуоробензил)гидроксиламин гидрохлорид обеспечивают в гелях (в отличие от пленок) 3-4-кратный рост скорости обесцвечивания в сравнении с собственно гидроксиламином. Д) Исследования состояния белков при промышленной переработке мяса: Совместно с лабораторией биохимии и биофизики мяса ГНУ ВНИИ мясной промышленности им. В.М.Горбатова РСХА был проведен цикл работ по исследованию физико-химических и структурных механизмов ион-индуцированной деструкции мышечной ткани в процессе ее автолиза. Методами электрофореза, световой микроскопии, флуоресцентной спектроскопии и микрокалориметрии показано, что под влиянием избыточной концентрации ионов кальция (5 мМ) происходит разрушение миофибриллярных структур, ослабление Z-дисков и ригорных сшивок. Орлов В течении 40 лет (1966-2006 гг.) руководителем лаборатории являлся Эдуард Аронович Бурштейн. С 1966 по 1968 гг. Э.А.Бурштейн - руководитель кабинета спектроскопии и фотохимии биополимеров ИБФ АН СССР, с 1968 по 1973 гг. - заместитель заведующего Лаборатории физики ферментных систем, с 1974 по 1991 гг. - руководитель научной группы спектроскопии биополимеров, с 1991 года - заведующий лабораторией функциональной биофизики белка ИТЭБ РАН. Под руководством Э.А.Бурштейна подготовлены 15 кандидатов и 2 доктора наук. С 1960 по 1968 гг. Э.А.Бурштейн работал внештатным научным редактором раздела, а затем отдельного выпуска реферативного журнала "Биофизика" ВИНИТИ АН СССР. После 1968 г. в течение ряда лет являлся научным консультантом этого журнала. С 1980 по 1993 годы - член редколлегии международного журнала Comments on Molecular and Cellular Biophysics (Gordon and Breach Science Publishers S.A.). С 2006 года руководителем лаборатории является д.б.н. Николай Яковлевич Орлов. В 1968-1982 гг. Н.Я. Орлов - сотрудник сектора, а затем лаборатории механизмов рецепции (руководитель – чл.-корр. РАН Е.Е. Фесенко) ИБФ АН СССР. С 1982 г. – сотрудник научной группы спектроскопии биополимеров, позднее преобразованной в лабораторию функциональной биофизики белка ИТЭБ РАН. В 1992-2004 гг. успешно работал в лабораториях Франции, Японии и ФРГ. Н.Я. Орлов – один из создателей уникальной лампы для импульсного фотолиза с длительностью импульса 1-3 мксек и энергией до 1000 дж, аппаратуры для исследования электрических характеристик ИЛМ, модифицированных каналообразующими структурами, а также ряда устройств для изучения функциональных характеристик системы фототрансдукции палочек и колбочек сетчатки. Специалист в области фотохимии родопсина, физико-химических, биохимических и функциональных характеристик основных компонентов системы фототрансдукции (родопсина, G-белка трансдуцина, сGMP-специфичной фосфодиэстеразы, кальций-связывающих белков и т.д.). Автор предположения об основных причинах функциональных различий систем фототрансдукции палочек и колбочек сетчатки. Автор ряда работ, позволивших выявить физико-химические основы различий между изоформами нуклеозиддифосфаткиназы (NDP киназа), и, как следствие, источник и физиологический смысл мультифункционального поведения гексамеров NDP киназы в клетке. В течении последних лет интересы Н.Я.Орлова сосредоточены на всестороннем анализе гипотезы о механизме активации G-белков путем трансфосфорилирования и роли NDP киназы в этом процессе. Такая точка зрения открывает пути для понимания того, каким образом G-белок трансдуцин обеспечивает быстрое и значительного усиление зрительного стимула при предельно низком уровне собственных шумов и, таким образом, позволяет фоторецептору работать в режиме счетчика одиночных фотонов. Участник многих научных конференций в нашей стране и за рубежом. Под руководством Н.Я. Орлова подготовлено 3 кандидата наук. Лаборатория функциональной биофизики белка создана в 1991 г. на базе научной группы спектроскопии биополимеров, входившей ранее (1968-1973 гг.) в состав Лаборатории физики ферментных систем (руководитель чл.-корр. АН СССР М.В.Волькенштейн) и затем (1974 г.) выделенной в автономное научное подразделение ИБФ АН СССР (руководитель д.б.н. Э.А.Бурштейн). С 2006 г. заведующим лаборатории является д.б.н. Н.Я. Орлов. Лаборатория функциональной биофизики белка Тематика исследований за последние 5 лет Общим направлением исследований в Лаборатории является изучение структурных и физических свойств белков в связи с их биологическим функционированием. Эта общая задача решается в четырех главных направлениях, представленных научными группами: А. Люминесценции белка: Структурно-флуоресцентная классификация состояний ос-татков триптофана в белках. Изучение структурных перестроек белков с помощью методов компонентного анализа спектров триптофановой флуоресценции белков. Б. Систем клеточной и зрительной трансдукции: Выяснение физико-химических основ мультифункциональности NDP киназы в клетке в норме и патологии. Поиск условий, обеспечивающих фосфорилирование бета-субъединицы трансдуцина NDP киназой in vitro. Выделение и очистка экстраклеточной cAMP-специфичной фосфодиэстеразы миксомицета Physarum polycephalum. Исследование ее характеристик как фермента и как белка. В. Биологической кинетики: Исследование необычного колебательного поведения ряда ферментов (эстераз, АТРаз) с привлечением новых принципов, упрощающих построение кинетических моделей. Построение новых моделей комплексов дегидрогеназ кетокислот. Г. Фотофизики и фотохимии бактериородопсина: Исследование физико-химических свойств бактериородопсина и его производных с целью определения того, как направленные модификации структуры этого белка влияют на его спектрально-кинетические свойства и функционирование. 1) Внутри Института - Лаборатория биофизики внутриклеточной регуляции по теме ”Выделение, очистка и исследование характеристик внеклеточной фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов миксомицета Physarum polycephalum” - Лаборатория изотопных методов исследования: (с.н.с В.И.Емельяненко) по темам «Биофизические исследования состояния белков при промышленной переработке мяса» и «Люминесценция белка» 2) С другими учреждениями - Лаборатория биохимии и биофизики мяса ГНУ ВНИИ мясной промышленности им. В.М.Горбатова РСХА по тематике «Биофизические исследования состояния белков при промышленной переработке мяса». 3) Договора о научном сотрудничестве Два договора о творческом сотрудничестве о проведении совместных научно-исследовательских работ между ИТЭБ РАН и ГНУ ВНИИ мясной промышленности им. В.М.Горбатова РСХА на 2001- 2003 гг. и 2003-2005 гг. 4) Международные научные связи последних 15 лет: - “Light-induced anisotropy of bacteriorhodopsin embedded into polymer films and holography recording with such kind of films.” с Институтом физики НАН Украины, Киев, Украина, к.ф.-м.н. Е.Я.Корчемская. - “Synthesis of artificial chromophores (retinoids and their analogs) for modification of bacteriorhodopsin.” c Dept. Chem., Univ. Vigo, Vigo, Spain, prof. Angel de Lera. - “Кинетика индуцированного родопсином обмена ГДФ\ГТФ в ГТФ-связывающем белке фоторецепторов позвоночных трансдуцине “ с Лабораторией молекулярной и клеточной биофизики, Национального Центра Ядерных Исследований, Гренобль, Франция, Dr. N. Bennett). - “Нуклеозиддифосфаткиназа и ее роль в системах трансдукции“ c Отделом Молекулярной Биологии Токийского Столичного Института Геронтологии, Токио, Япония. Prof. N. Kimura. - “Выделение, очистка, кристаллизация и исследование трехмерной структуры бел-ков – компонентов системы фототрансдукции позвоночных и их комплексов” c Max-Planck Inst. Arbeitsgruppe Strukturale Mol. Biol., Hamburg, BRD, Prof. Н. Bartunik. - “Фосфорилирование β,-субъединицы трансдуцина. Исследование функциональной роли этого процесса” с Лабораторией Нейробиологии и Офтальмологии, Zilkha Neurogenetic Inst., Kerk School of Med., Univ. Southern California Los Angeles, USA. Prof. J. Chen). - «Кинетика гистерезисных ферментов (бутирилхолинэстеразы)» с Центром Энзи-мологических Исследований, Гренобль, Франция, проф. Р.Массон. - «Исследование колебательных реакций методами графов» с Университетом Барсе-лоны, Испания (Prof. M. Cascante) и Университетом Амстердама, Голландия (Prof. H. Westerhoff). - «Идентификация остатков триптофана в субфрагменте 1 миозина, чувствительного к действию АТФ» с North Texas Univ., Fort Worth, TX, USA (Prof. J. Borejdo.и с Johns Hokons Univ., Baltimore, MD, USA (Prof. L. Brand). - «Классификация остатков триптофана в белках по флуоресцентным с структурным свойствам микроокружения», с Yale Univ., New Haven, CT, USA, Dr. Ya.K. Reshetnyak. - «Использование флуоресцентных методов в изучении структуры белка OEP-16» с Arizona St. Univ., Tempe, AZ, USA (Dr. P.Fromme)и Max Volmer Lab., Inst. Chem., Tech. Univ. Berlin, Berlin, BRD (Dr. D.Linke). 008 лаборатория
Лаборатория Функциональной гистохимии
Погорелов Александр Григорьевич - в.н.с., доктор биологических наук, профессор
Погорелов Александр Григорьевич 182

182 26 013 Буданцев 22.11.2010 1. Разработана технология изготовления тканевых биосенсоров на основе тканевых препаратов ацетилхолинэстеразы. Изучены их параметры для анализа ряда отравляющих веществ гражданского и военного назначения, фармакологических препаратов, антидотов против фосфорорганических соединений и др. 2. Создана уникальная экспериментально-исследовательская система аналитической микроскопии для микровидеографии (исследование поведения живых клеточных систем). 3. Разработана система подготовки и издания учебных пособий в электронном виде для открытого пользования через Интернет. Издано 11 учебных пособий по спецкурсам Пущинского Государственного университета. Изданы 3 монографии и учебное пособие "Основы гистохимии" в Государственном Портале «Образование в РФ» и Едином Окне доступа к образовательным ресурсам (http://www.informika/ru) 1. Изучается геометрия морфогенеза в чехлике корня, разрабатывается модель морфогенеза в апексе корня. Получены доказательства фолатного механизма одноуглеродного переноса в синтезе пуриновых оснований в апикальной меристеме корней лука. 2. Разработаны тканевые ферментные биосенсоры и протокол их использования в качестве идентификаторов в анализе и управлении при системном мониторинге в экологии, фармакологии и ресурсоведении (природные биоматериалы). Буданцев В 2010 г. Буданцев избран чл.-корр. Российской академии естествознания (РАЕ) и награжден золотой медалью им. Н.И.Вавилова Лаборатория Функциональной гистохимии 1.На основе фундаментальных исследований в Лаб. проводятся прикладные исследования в области разработки тканевых биосенсорных тест-систем (на основе тканевых ферментных препаратов,иммобилизованых в различные полимерные матрицы). Проект «Биоиндикация».2. Создание фибрилл коллагена регулируемой структуры и размеров для применения в медицине 1.Изучение механизмов морфогенеза в области апикальных меристем растений (морфологические, биохимические и биофизические механизмы морфогенеза. Цитоморфологическое и биохимическое изучение клеточного морфогенеза методами световой аналитической микроскопии, методами трехмерной реконструкции межклеточной коммуникации в области апикальных меристем).2.Изучение механизмов внутриклеточной подвижности методами видеографии живых клеток и компьютерного анализа динамики движения (живые растительные клетки).3.Изучение кинетики ферментов in situ в тканевых срезах методами аналитической микроскопии и динамической гистохимии с целью определения основных кинетических параметров ферментов, непосредственно «иммобилизированных» в тканевых популяциях клеток.4. Изучение фибрилогенеза коллагена в условиях близких к условиям in vivo а). Отделение «Аналитическая микроскопия» Регионального Центра коллективного пользования при Лаборатории осуществляет постоянную консультативную помощь Лабораториям Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Института биофизики клетки РАН и др. организациям Академии наук и высшим учебным организациям в области аналитической микроскопии, телевизионной и цифровой техники, получения и анализа изображений микрообъектов и компьютерного анализа изображений. б) Институт белка РАН, группа термодинамики белкав) Институт биофизики клетки РАНг). В рамках выполнения договора о научно-техническом сотрудничестве и Институтом «Информика» Мин. образования и науки РФ участие в информационной поддержки Государственного портала образовательных рессурсов Минобра и науки РФ.Ведение сервера "Аналитическая микроскопия" (http://cam.psn.ru), Электронное издательство "Аналитическая микроскопия", рег. № издательства в Министерстве РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой информации Эл №6072 от 4 февраля 2002 г.).д). Разработка методов, приборов и оборудования для экспресс-анализов: спектрофотометрическое исследование взаимодействия красителей с органическими соединениями разной полярности и биологически-активными соединениями (сольватохромия , метахромазия) совместно с Институтом биологического приборостроения РАН (создана межинститутская рабочая группа).е). Совместно с Лаб. микроспектрального анализа Института биофизики клетки РАН проводится изучение растительных материалов для разработки методов биоиндикации аллелопатических соединений, пестицидов и фармакологических соединений (совместно с д.б.н. В.В. Рощиной). ж). В Лаборатории организовано обучение и практикум для студентов МГУ (Пущинский филиал, Кафедра фотобиологии), магистрантов Пущинского государственного университета (Учебно-научный центр биофизика и биомедицина).з). Участие в экспертиизе проектов по направлению "Живые системы" ФЦНТП РФ. 013 лаборатория
Лаборатория роста клеток и тканей
Селезнева Ирина Ивановна - с.н.с., кандидат физико-математических наук
Селезнева Ирина Ивановна 260

260 27 017 1974 12.11.2010 Разработана и запатентована композиция природных полисахаридов – биоколлоидный гель “Биокол”, предназначенная для лечения ожогов II-IIIА степеней, пролежней и трофических поражений кожи (патент РФ № 2194535). Предложенные в ходе исследования биосинтетических материалов принципы конструирования на основе латекса и полисахаридов позволили разработать и запатентовать новые биосинтетические раневые покрытия: - Раневое покрытие “Биокол-1”(патент РФ № 2193896), предназначенное для лечения ожогов II-IIIA степени, иссеченных поражений кожи и пролежней, а также защиты кожных трансплантатов и донорских мест, трофических и пострадиационных язв, закрытия хирургических швов. - Раневое покрытие двойного назначения “Цитокол” (патент РФ № 2193895), - сочетающее характеристики раневого покрытия и подложки для выращивания культур клеток млекопитающих. Данный биоматериал предназначен для лечения обширных ожогов при остром дефиците донорской кожи. “Цитокол” стимулирует миграционную и пролиферативную активности клеток, сохраняет целостность выращенного на нем клеточного слоя при переносе клеток на рану, что увеличивает эффективность клеточной терапии долгозаживающих ран, трофических и пострадиационных язв, пластических операций.Регенеративная система “Биокол”, включающая биоколлоидный гель “Биокол”, раневые покрытия “Биокол-1” и “Цитокол” не имеет в настоящее время аналогов в мире. По своим физико-химическим характеристикам раневое покрытие не уступает западным аналогам, сравнение сроков регенерации ран показало преимущество раневого покрытия “Биокол-1” перед широко применяемыми в настоящее время раневыми покрытиями “Op-Site”, “Omiderm” и “Jelonet”. Использование раневого покрытия “Биокол-1” в сочетании с биоколлоидным гелем “Биокол” существенно расширяет его терапевтические возможности. В настоящее время не существует аналогов биоматериала “Цитокол”, сочетающего эластические характеристики латексной пленки с адгезивными свойствами коллагенового матрикса, т.о. появление данного биоматериала на рынке является необходимой составляющей развития клеточных технологий при лечении поражений кожи.Использование результатов научных исследований в народном хозяйстве:Клинические испытания разработанных в лаборатории раневых покрытий “Биокол-1”, и “Цитокол” проводились в Ожоговом центре Института хирургии им. А.В.Вишневского РАМН, отделении острых термических поражений Московского НИИ СП им. Н.В.Склифосовского, Клинике термических поражений при Военно-медицинской Академии им. С.М.Кирова в Санкт-Петербурге, в Московском областном детском ожоговом центре и в Отделении терапии лучевых повреждений НИИ медицинской радиологии РАМН. Клинические испытания биоколлоидного геля “Биокол-гель” проводились в отделении острых термических поражений Московского НИИ СП им. Н.В.Склифосовского. Разработанные средства прошли все клинические испытания и получили разрешение Комиссии Минздрава РФ на производство и клиническое применение. Авторские права на все препараты защищены патентами, поддержание которых осуществляется авторами:1) Гаврилюк Б.К., Гаврилюк В.Б. Покрытие для ран. Патент РФ №2193895 от 10.12 2002г.2) Гаврилюк Б.К., Гаврилюк В.Б. Покрытие для ран. Патент РФ №2193896 от 10.12 2002г.3) Гаврилюк Б.К. Средство для лечения ран. Патент РФ №2194535 от 20.12.20024) Алексеев А.А., Гаврилюк Б.К. Способ лечения обширных ран. Патент РФ №2386436 от 20.04.2010г.Бюл.№115)Алексеев А.А., Гаврилюк Б.К., Салахиддинов К.З., Тюрников Ю.И., Савинцева И.В., Селезнева И.И. Способ лечения глубоких ран. Патент №2385744 от 10.04.2010г.Бюл.№10Разработанные лечебные материалы могут быть использованы как при массовых поражениях и катастрофах, так и в условиях стационара. Было показано, что применение разработанных в лаборатории раневых покрытий непосредственно в очаге поражения резко сокращает развитие ожогов I-III степени и раневых повреждений кожи и предотвращает развитие тяжелых клинических явлений. Использование регенеративной системы “Биокол” в условиях стационара существенно сокращает количество перевязок и уменьшает их болезненность, способствует очищению раны от некротического детрита и обеспечивает более быструю по сравнению с другими покрытиями эпителизацию ран.Для успешного внедрения данной инновации в производство требуется проведение дополнительных исследований и конструкторских работ, направленных на разработку технологического регламента и обеспечивающих переход от производства опытных образцов в условиях лаборатории к крупномасштабному производству. Проведено исследование физико-химических и структурных характеристик коллагеновых волокон, сформированных при различных значениях рН, ионной силы и температуры растворов, позволило выявить режимы формирования в условиях in vitro волокон с типами упаковки, характерными для разных тканей. Это является важным шагом к пониманию процессов структурообразования тканей in vivo. По результатам данной работы в 2004 году была защищена диссертационная работа “Исследование фибриллогенеза коллагена типа I in vitro” (Николаева Т.И.). Изучение фибриллообразования коллагена in vitro и исследование пространственной структуры коллагеновых фибрилл необходимо для понимания механизмов, определяющих взаимодействие матрикса с клеточными системами. Данная работа является пионерской и в настоящее время продолжается при активном взаимодействии с группой когерентной нелинейной микроскопии и спектроскопии одиночных молекул Третьего физического института Университета Штутгарта, рук. Dr. A.Volkmer. В ходе этой работы впервые проведено исследование пространственной гетерогенности коллагеновых фибрилл с помощью КАРС-микроскопии, которая позволяет химически избирательно, с высоким пространственным разрешением, визуализировать изображение молекул. Проведено исследование влияния внеклеточного матрикса и клеточного окружения на рост и развитие эмбриональных стволовых клеток, выделенных из внутренней клеточной массы бластоцист мыши. Разработаны и исследованы системы культивирования клеток на синтезированном неонатальными кардиомиоцитами матриксе (кардиогеле), поверхности митотически инактивированных и девитализованных слоев фибробластов и кардиомиоцитов, а также на модельных многокомпонентных системах, включающих элементы внеклеточного матрикса (коллаген типа I, хондроитин-4-сульфат, хитозан). Данные исследования показали, что реализация генетической программы развития, заложенной в стволовых клетках, в значительной степени определяется строением внеклеточного матрикса и клеточным окружением, а также заложили основу новой технологии культивирования эмбриональных стволовых клеток, обеспечивающей их развитие в миокардиальном направлении. На основе термозависимых гелеобразующих материалов (коллагена и хитозана) разработана система иммобилизации клеток в трехмерном геле, имитирующем свойства внеклеточного матрикса. Данная система является уникальной, поскольку нами впервые был найден способ стабилизации коллаген-хитозановых гелей, не приводящий к нарушениям структуры коллагеновых волокон и не вызывающий гибель иммобилизованных в матриксе геля клеток. Выявлено длительное сохранение жизнеспособности клеток разных типов (в том числе стволовых) при иммобилизации их в данных матриксах. Разработанные гели могут применяться для иммобилизации и направленной доставки терапевтических веществ и факторов стимулирующих регенерацию тканей. Разработка систем направленной доставки клеток для тканевой инженерии и клеточной терапии получила поддержку по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН “Поддержка инноваций” в 2005 году. В настоящее время заключены договора о научном сотрудничестве с Кафедрой термических поражений и раневой инфекции Российской Академии последипломного образования РМАПО МЗ РФ и Центром термических поражений МЗ РФ института хирургии им. А.В.Вишневского РАМН, в рамках которых будут проводиться клинические исследования по этому направлению.Разработаны новые термочувствительные биоматериалы на основе сополимеров N-изопропилакриламида, N-третбутилакриламида и акриламидобензофенона. Установлена определяющая роль гидрофобных взаимодействий в определении параметров фазового перехода и конформации термочувствительных полимеров. Получен и исследован ряд термочувствительных материалов, имеющих различные температуры фазового перехода, а также различающиеся в широком диапазоне по темпам объемно-конформационных преобразований в водном окружении. Проведенное исследование взаимодействие данных материалов с культурами субстратзависимых клеток млекопитающих показало, что разработанные субстраты ПНИПА/НТБА поддерживают адгезию, пролиферацию клеток и экспрессию большинства генов на уровне, сравнимом с культивированием на специально обработанном для роста клеток пластике, но при этом обеспечивают эффективное открепление клеток без применения ферментов и диссоциирующих агентов. По результатам данной работы в 2004 году была защищена диссертационная работа “Разработка и исследование термочувствительных биоматериалов на основе поли-N-изопропилакриламида” (Селезнева И.И.). Данная работа была проведена совместно с Группой новых биоматериалов Национального Центра Биомедицинской Инженерии (г. Гэлуэй, Ирландия). Предложенная схема синтеза и очистки полимеров, а также уникальная возможность управления физико-химическими характеристиками материала путем изменения соотношения мономерных звеньев, не имеют аналогов. Термочувствительные субстраты обеспечивают возможность получения интактных первичных культур клеток и сохранения их специфической активности в течение многих пассажей, что открывает перспективу их применения в биотехнологии (для производствабиологически активных препаратов), в медицине в качестве полимерного покрытия имплантируемых конструкций, а также при создании тканевых аналогов и проведении клеточной терапии. Изучено влияние отдельных элементов экстрацеллюлярного матрикса на развитие клеток разных типов (в том числе стволовых). Показана определяющая роль коллагена и полисахаридных компонент матрикса в определении трехмерной организации тканей. Проведенные исследования позволили сконструировать в условиях in vitro из коллагена типа I и растительных полисахаридов трехмерные матричные основы для создания тканевых эквивалентов.Проведенs разработка и исследование биосинтетических полимерных материалов на основе синтетического фторлатекса и природных полисахаридов. Исследования, проведенные на молекулярном, надмолекулярном и клеточном уровнях, позволили выявить механизмы взаимодействия фторлатекса с анионными и неионогенными полисахаридами, а также установить связь между структурой и функциональными характеристиками композитных материалов.По результатам данной работы в 2005 году была защищена диссертационная работа “Разработка новых биоматериалов типа «искусственная кожа» на основе фторполимерного латекса, модифицированного полисахаридами” (Давыдова Г.А.). Гаврилюк Награжден:- Государственная Премия Правительства России, 1999г.- Премия «Национальное достояние» с вручением медали «Честь и польза», 2005 г. - Знак Губернатора Московской области “За труды и усердие”, 2006г.- Лауреат международного конкурса «Золотой Ягуар», 2005 г.- Орден «Меценат», 2005г.- Лауреат International Grand Prix leader in prestige and quality, 1999, - Награжден Silver Medar in Professional Merit, 2000, - Grand Gold Prix, 1998 - Best Image of Industry and commerce,1998. Лаборатория культуры ткани была создана в Институте биологической физики в июле 1974 года по инициативе академика Г.М.Франка. В 1986 году была переименована в лабораторию роста клеток и тканей. Лаборатория роста клеток и тканей Разработка и исследование новых биоматериалов для целей тканевой инженерии, медицины и биотехнологии:1) биосинтетических раневых покрытий и биоколлоидных средств серии "Биокол", предназначенных для восстановления целостности и функций кожи при различных типах повреждений (ожоги, обморожения, трофические язвы, пролежни), 2) термочувствительных полимерных покрытий, обеспечивающих бесферментное термозависимое открепление кульур клеток от поверхности культивирования, 3) инъецируемых гелей на основе коллагена и полисахаридов, предназначенных для направленной доставки клеток и биологически активных факторов в тканевой инженерии и клеточной терапии,4) пористых биоматериалов на основе титановых сплавов с гидроксилапатитом, предназначенных для использования в качестве костных имплантатов. Исследование влияния эндогенных и экзогенных факторов на рост и дифференцировку стволовых клеток:1)определение физических и структурных факторов, влияющих на организацию и функционирование биополимеров и надмолекулярных систем, моделирующих внеклеточный матрикс,2)исследование влияния внеклеточного матрикса и клеточного окружения на рост и развитие эмбриональных стволовых клеток. 1. Лаборатория Тканевой инженерии ( В.С. Акатов). 2. Лаборатория термодинамики и энергетики биологических систем ( Е.И.Маевский). 3. Лаборатория ультраструктуры нейрона (Д.А. Мошков).4. Кафедра неорганической химии Химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова в лаборатории неорганического материаловедения.5. Институт биохимической физики им. Эммануеля РАН.6. Институт общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН.7. Центральный научно-исследовательский институт стоматологии РАМН.8. Кафедра термических поражений и раневой инфекции Российской Академии последипломного образования РМАПО МЗ РФ 9. Центр термических поражений МЗ РФ института хирургии им. А.В.Вишневского РАМН.10.Национальный Центр Биомедицинской Инженерии (группа новых биоматериалов),г.Гэлуэй, Ирландия. 11.Третий физический институт Университета Штутгарта, ( группа когерентной нелинейной микроскопии и спектроскопии одиночных молекул ),г. Штутгарт, ФРГ.12.Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН. 017 лаборатория
Лаборатория биофизики внутриклеточной регуляции
Смолянинов Владимир Владимирович - зав. лаб., доктор физико-математических наук
Смолянинов Владимир Владимирович 483

483 5 006 1991 14.12.2011 По теме “Механизм влияния крайне слабых переменных магнитных полей на биосистемы"1. Экспериментальное доказательство влияния крайне слабых магнитных полей на биосистемы и теоретическое объяснение наблюдаемых эффектов позволили, в частности, впервые однозначно показать принципиальную возможность воздействия крайне слабых магнитных полей промышленных частот (50 и 60 Гц) на биосистемы и предсказать зависимость величины биоэффектов таких полей от амплитуды поля. Нами впервые установлено, что влияние магнитных «шумов» с частотой 50 и 60 Гц на биосистемы имеет полиэкстремальный характер и оказывает максимальное воздействие на биосистемы при значениях амплитуд равных 1.05 и 3.15 мкТл (при частоте 50 Гц) и при значениях 1.3 и 3.9 мкТл (при частоте 60 Гц). Полученные нами результаты создали научную основу для осуществления широкомасштабных эпидемиологических исследований возможного вредного воздействия переменных полей промышленных и других частот на здоровье населения.2. Модификация (усиление или ослабление) биоэффектов фармакологических агентов с помощью слабых магнитных полей может быть использована в медицинской практике и, в первую очередь, при хемо- и радиотерапии злокачественных опухолей. Применение комбинированного воздействия фармакологического агента и магнитного поля обеспечивает возможность существенного снижения концентрации фармакологического агента и, соответственно, снижения его нежелательных побочных эффектов. Заметим, что использование для этих целей слабых магнитных полей позволит существенно упростить соответствующую слаботочную магнитотерапевтическую аппаратуру и снизить ее себестоимость.3. Показано, что крайне слабые переменные магнитные поля различных типов с амплитудами ≤, 2 мкТл влияют на вариабельность сердечного ритма человека. Экспонирование добровольцев проводилось в катушечной системе большого объема (2м,2м,2м), обеспечивающей воздействие однородного по амплитуде КС ПеМП на все тело испытуемого. Впервые показано, что воздействие КС ПеМП на человека позволяет как повышать, так и понижать величину стресса у человека. В частности, поле, настроенное на спины ядер водорода (амплитуда – 1.6 мкТл, частота – 76 Гц), вызывает понижение величины стресс – индекса Баевского, в то время как поле, настроенное на магнитные моменты, обусловленные орбитальным движением электронов в некоторых атомах (амплитуда – 0.192 мкТл, частота – 3000 Гц), индуцирует повышение стресс – индекса Баевского.Использование результатов научных исследований в народном хозяйстве:- Внедрены в различные области народного хозяйства за 5 лет:Разработки по механизму влияния слабых магнитных полей на биосистемы используются в настоящее время в Восстановительном центре детской ортопедии и травматологии «Огонек», С-Петербург для лечения разновеликих конечностей у детей и подростков - Готовится к внедрению в ближайшие годы:Нами разработан метод использования комбинированных магнитных полей для лечения ряда социально значимых заболеваний (инсулиннезависимого диабет, сердечно-сосудистые заболевания). Планируется, что клиническая часть исследований будет проводиться на базе Больницы Пущинского Научного Центра РАН и Центрального Авиационного Госпиталя МО РФ, г. Москва.По теме: "Исследования механизмов пространственно-временной организация двигательной активности при амебоидной локомоции клетки"1. Создана электронно-механическая измерительная система, позволяющая поддерживать заданное изменение во времени либо длины объекта, либо нагрузки, измеряя в качестве ответа, соответственно, силу натяжения объекта, либо его деформацию. Система позволяет поддерживать изометрический и изотонический режимы измерения, производить быстрое переключение между ними, растягивать или освобождать объект с заданной скоростью, накладывать импульсы или гармонические колебания силы и длины в изотоническом и изометрическом режиме измерения. 2. Показано что чувствительность ранее разработанных нами тестов, основанных на отрицательном таксисе плазмодия Physarum polycephalum, позволяет выявить различия в биологической эффективности разных препаратов наночастиц серебра. Использование таких тестов целесообразно при дальнейшем совершенствовании технологии получения наночастиц серебра, а также при скрининге других наноматериалов и лекарственных препаратов. Ценность практических результатов, получаемых с использованием плазмодия в качестве тест-объекта, определяет наличие общего с клетками животных механизма регуляции хемотаксиса. Лабораторией за последние 5 лет решены следующие научные вопросы:По теме “Механизм влияния крайне слабых переменных магнитных полей на биосистемы"1. Установлено, что крайне слабые переменные магнитные поля с амплитудами (величинами магнитной индукции) в области 10-11 – 10-6 Тл на фоне постоянного магнитного поля Земли способны оказывать существенное воздействие на биологические системы различного происхождения. Показано, что величина наблюдаемых биоэффектов определяется соотношением амплитуда/частота переменной компоненты поля. Получены теоретические выражения, описывающие зависимость величины биоэффектов от параметров переменного магнитного поля. 2.Получено экспериментальное доказательство, что первичными мишенями действия КС ПеМП с амплитудами 10-8 – 10-6 Тл являются спины ядер атомов водорода и магнитные моменты, создаваемые орбитальным движением электронов3. Показана возможность использования слабых и крайне слабых магнитных полей для модификации (усиление или ослабления) биоэффектов фармакологических агентов, в частности, мелатонина, сератонина, ретиноевой ксилоты, морфина и других. По теме "Исследования механизмов пространственно-временной организация двигательной активности при амебоидной локомоции клетки".1. Предложена и экспериментально обоснована гипотеза о том, что локализованная в эктоплазме амебоидной клетки актомиозиновая сеть не только играет роль исполнительного механизма, но и является частью клеточной системы управления. В этом случае помимо диффузии химических регуляторов важную роль в пространственно-временной самоорганизации клетки играют механические взаимодействия. Они способны быстро координировать вдоль клетки активные наносокращения актомиозиновых комплексов, что необходимо для установления интенсивных внутриклеточных потоков эндоплазмы и перемещения клетки.2. Для описания самоорганизации двигательной активности в гигантском одноклеточном амебоидном организме - плазмодии Physarum polycephalum сформулированы математические модели, в которых существенная роль отводится механическим взаимодействиям. Численные решения модели количественно хорошо имитируют экспериментально наблюдаемую динамику плазмодия. В частности, результаты, полученные на модели изолированного плазмодиального тяжа, хорошо объясняют: длительность и форму переходных механохимических процессов, происходящих сразу после изоляции тяжа, установление продольных автоколебаний тяжа и их активацию увеличением нагрузки. 3. Показано, что общий для эукариотических клеток сигнальный путь PI3K-PTEN играет определяющую роль как в автоколебательном ответе плазмодия Physarum на аттрактанты, так и в организации полярной формы плазмодия при хемотаксисе и миграции в отсутствие градиента стимула.4. Показано, что активируемый инозит-трис-фосфатом ретикулярный кальциевый канал (IP3R) является одним из существенных компонентов плазмодиального осциллятора. Леднев (До 1998 г. - лаборатория биофизики мышечного сокращения)С 1991 по 2009 гг. Лабораторию биофизики внутриклеточной регуляции Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН возглавлял д.б.н., проф. Валерий Васильевич Леднев.Основные направления исследований В.В.Леднева посвящены биофизике мышечного сокращения и механизмам взаимодействия слабых электромагнитных полей с биосистемами. Опубликовал свыше 100 работ, в том числе по рентгеноструктурному анализу актин- и миозинсодержащих нитей скелетных мышц, механизму регуляции мышечного сокращения, механизму генерации силы актомиозиновыми комплексами.Является автором модели магнитного параметрического резонанса в биосистемах. Предсказал теоретически и доказал экспериментально возможность влияния слабых магнитных полей на скорость некоторых Са2+-зависимых биохимических реакций в бесклеточных системах. Лаборатория биофизики внутриклеточной регуляции 1. Исследование механизмов влияния слабых переменных магнитных полей на биосистемы (Биофизика, радиобиология, математические модели в биологии, биоинформатика)2. Исследования механизмов пространственно-временной организация двигательной активности при амебоидной локомоции клетки- Участие в разработке тем по постановлениям директивных органов, постановлением и распоряжением Президиума РАН и др.:Программа фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» Экспериментальное исследование механизмов влияния гелиогеофизических факторов на биосистемы. (2006-2007) руководитель д.б.н., проф. В.В. ЛедневГранты лаборатории за период 2005-2009 гг.1. "Механизм взаимодействия крайне слабых переменных магнитных полей с биосистемами" РФФИ №04-04-97324_р, 2. «Цитомеханика амебоидной локомоции. Пространственное распределение и динамика сократительной активности при движении клетки в градиентах внешних стимулов: эксперимент и теория», РФФИ № 04-04-49095-а3. "Механизм взаимодействия крайне слабых переменных магнитных полей с биосистемами", РФФМ № 08-04-00290-а4. «Исследование регуляторной роли механических напряжений в самоорганизации двигательной активности амебоидной клетки методами тензометрии и математического моделирования», РФФИ № 08-04-01253-а Внутри Института:- Лаборатория механизмов организации биоструктур- Лабораторией физической биохимии- Сектор информационного и математического обеспечения- Лаборатория функциональной биофизики белка- Лаборатория термодинамики и энергетики биологических систем Партнерство с другими учреждениями:- Физический факультет МГУ, лаборатория биофизики, кафедра нелинейной оптики г.Москва - Институт биофизики клетки РАН г.Пущино- Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии РАМН г.Москва - Институт космических исследований РАН г.Москва - Восстановительный центр детской ортопедии и травматологии «Огонек», г. С-Петербург - Институт фундаментальных проблем биологии РАН г.Пущино- Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры г.Москва- Нижегородский Государственный Университет имени Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород- Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, пос. БорокМеждународные научные связи по двустороннему и многостороннему сотрудничеству:- Таврический Национальный Университет, Биотехнологический Центр, г.Симферополь, Крым, Украина 006 лаборатория