Дополнительные научные формирования

На главную страницу


Отдел криобиофизики
Научные сотрудники отдела:

Отдел криобиофизики организован в 1976 году на базе физико-технической лаборатории института. Первым руководителем отдела был д-р биол. наук, профессор, лауреат Государственной премии Виктор Алексеевич Моисеев. С 2000 г. по настоящее время отделом руководит д. биол. наук Нардид О.А.

Руководитель отдела:
доктор биол. наук
Нардид
Олег Анатольевич

Основное направление работы отдела - изучение молекулярных механизмов криоповреждения и криозащиты биологических систем различного уровня организации. С этой целью были разработаны и модифицированы применительно к криобиологии методические подходы, позволяющие проводить исследования на молекулярном уровне. В научных исследованиях отдела используются в широком температурном диапазоне методы радиоспектроскопии (ЭПР и ЯМР), спектроскопии в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях, малоуглового рентгеновского рассеяния, микрокалориметрии, гель-хроматографии. Сотрудники отдела разработали и изготовили новый вид датчиков теплового потока, на основе которого создан оригинальный дифференциальный калориметр, а также разработана аппаратура для обнаружения и изучения электромагнитных и электромеханических явлений в замороженных биологических объектах.

Сотрудники отдела освоили и модифицировали методы выделения, очистки различных белков, искусственных и биологических мембран.

Для изучения влияния различных этапов криоконсервирования на проницаемость мембранных структур для ионов в отделе разработаны экспресс-способы определения степени деструкции и повреждения клеток, способ определения воды в биологических системах, защищенные авторскими свидетельствами. Это позволило получить интересные данные по фазовому состоянию цитозоля и нарушению барьерных функций мембран эритроцитов, гепатоцитов, митохондрий, лизосом при действии низких температур и криопротекторов.

Дегидратация - важный фактор, влияющий на структуру и жизнеспособность биологических объектов при низкотемпературном консервировании. Для оценки этого параметра в отделе разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами способы определения степени дегидратации клеток и органов. В частности, это позволило подробно изучить дегидратацию эритроцитов компонентами криоконсервирующих сред на различных этапах подготовки и замораживания клеток.


Жизнеспособность клеток, подвергнутых низкотемпературному консервированию, во многом зависит от степени проникновения в цитозоль различных веществ, в том числе и компонентов консервирующих сред. Низкие температуры и различные добавки для заполнения клеток в норме непроникающими веществами могут использоваться для создания "депо" лекарственных средств в организме. На основе полученных данных были разработаны методические подходы, защищенные патентами: "Способ введения непроникающих веществ в эритроциты", "Способ определения проницаемости эритроцитов для осмотически активных органических веществ", "Способ оценки проникновения веществ в клеточные суспензии". Благодаря этим методическим приемам совместно с отделом криобиохимии, в частности, установлено, что замораживание-отогрев эритроцитов донорской крови в среде непроникающих криопротекторов индуцирует образование трансмембранных дефектов, проницаемых для ионов Мn2+. Показано, что репарационные процессы приводят к восстановлению барьерной функции мембран. Исследование проницаемости мембран эритроцитов для осмотически активных органических веществ позволило определить константы скорости проникновения в клетки различных криопротекторов и их температурную зависимость.

В последнее время, в отделе развиваются новые научные направления. Расширяются фундаментальные исследования, направленные на выяснение особенностей реакций тканей фетоплацентарного комплекса на низкие температуры посредством изучения влияния их экстрактов на состояние цитозоля, мембран, их проницаемости для клеток различного происхождения. Такие исследования позволят разработать новые способы низкотемпературного консервирования, а также определить, используя биофизические подходы, методы экспресс-оценки состояния таких тканей. Совершенно новым направлением научных исследований являются работы по изучению влияния низких температур и криозащитных соединений на структурно-функциональные параметры ферментов иммобилизованных на физической подложке в составе биосенсора с применением низких температур. Оригинальны также исследования по использованию озоновых методов в криобиологии, в которых изучается влияние различных доз озона на степень устойчивости некоторых биологических систем и динамику восстановления нарушенных физиологических процессов после холодового воздействия.

Отдел криобиофизики поддерживает тесные связи с ведущими научными центрами Европы. Старший научный сотрудник отдела канд. биол. наук Кучеренко Ю.В. работает в University of Tubingen, Department of Physiology, Germany. Большинство методических подходов, используемых в научных исследованиях, разработаны в отделе и защищены патентами. В отделе используются оригинальные приборы, разработанные и изготовленные в институте и СКТБ с ОП ИПКиК НАН Украины.

Одним из результатов проведенных в предыдущие годы исследований стала гипотеза возможных механизмов криозащиты криопротекторными веществами, выдвинутая В.А. Моисеевым, В.Д. Зинченко и О.А. Нардидом. Суть ее сводилась к следующему:

  1. Образование непрерывной сетки водородных связей между молекулами воды и криопротекторов приводит к растянутому по температуре фазовому превращению воды в твердое состояние, что вызывает уменьшение температурного и осмотического градиентов.

  2. Криопротекторы вместе с молекулами воды путем гидрофильных и гидрофобных взаимодействий образуют сольватную оболочку вокруг биомакромолекул и мембран клеток. Такая оболочка препятствует сферическому сближению макромолекул и образованию межмолекулярных связей, предохраняет макромолекулы и биомембраны от дегидратации при фазовом превращении воды в твердое состояние.

  3. На основании установленного факта комплексообразования криопротекторов с электролитами, находящимися в диссоциированном состоянии в растворах, защитное действие от гиперконцентраций солей при низкотемпературном консервировании биологических систем заключается в снижении реакционной способности таких комплексов по сравнению с аквокомплексами, уменьшении ионной силы растворов, а также в предотвращении концентрирования солей при замораживании.

В начале 80-х годов А.М. Воротилиным и А.В. Зинченко была исследована структура водных растворов криопротекторов при низких температурах, построены динамические диаграммы фазовых и физических состояний растворов, охлажденных по различным программам. В результате этих работ А.М. Воротилиным обоснован выбор пропандиола как одного из наиболее перспективных криозащитных агентов, что впоследствии подтвердилось созданием нового высокоэффективного способа криоконсервирования эритроцитов под защитой пропандиосахароля на основе пропандиола. Способ прошел успешные испытания в шести организациях. Утверждены методические рекомендации.

Интересным направлением исследований в отделе, проводимых А.В.Зинченко, явилось изучение электромагнитного излучения при охлаждении биообъектов (криолюминесценция). На основании полученных результатов была предложена модель развития повреждения мембран в твердофазной матрице. Согласно высказанной гипотезе, одной из причин повреждения мембран может быть развитие электрических полей, т.е. разрушение может носить электрическую природу.

Основные публикации отдела


Украина, 61015, Харьков, ул. Переяславская 23,
Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины
Тел: +38 (057) 373-41-43,   373-38-07,   373-30-39;     Факс: +38 (057) 373-59-52
Электронная почта:cryo@online.kharkov.ua