Дополнительные научные формирования

На главную страницу


Відділ кріобіофізики
Наукові співробітники відділу:

Відділ кріобіофізікі організований в 1976 році на базі фізико-технічної лабораторії інституту. Першим керівником відділу був д-р біол. наук, професор, лауреат Державної премії Віктор Олексійович Моїсеєв. З 2000 року по теперішній час відділом керує д. біол. наук Нардід О.А.

Керівник відділу:
доктор біол. наук
Нардід
Олег Анатолійович

Основний напрямок роботи відділу - вивчення молекулярних механізмів кріоушкоджень і кріозахисту біологічних систем різного рівня організації. З цією метою були розроблені і модифіковані методичні підходи, що дозволяють проводити дослідження на молекулярному рівні. У наукових дослідженнях відділу використовуються в широкому температурному діапазоні методи радіоспектроскопії (ЕПР і ЯМР), спектроскопії у видимій, ультрафіолетовій та інфрачервоній областях, малоуглового рентгенівського розсіювання, мікрокалориметрії, гель-хроматографії. Співробітники відділу розробили і виготовили новий вид датчиків теплового потоку, на основі якого створено оригінальний диференційний калориметр, а також розроблена апаратура для виявлення та вивчення електромагнітних і електромеханічних явищ в заморожених біологічних об'єктах.

Співробітники відділу модифікували методи виділення, очистки різних білків, штучних і біологічних мембран.

Для вивчення впливу різних етапів кріоконсервування на проникність мембранних структур для іонів у відділі розроблені експрес-методи визначення ступеня деструкції і пошкодження клітин, спосіб визначення води в біологічних системах, захищені авторськими свідоцтвами. Це дозволило отримати цікаві дані по фазовому стану цитозоля і порушення бар'єрних функцій мембран еритроцитів, гепатоцитів, мітохондрій, лізосом при дії низьких температур і кріопротекторів.

Дегідратация - важливий фактор, що впливає на структуру і життєздатність біологічних об'єктів при низькотемпературному консервуванні. Для оцінки цього параметра в відділі розроблені і захищені авторськими свідоцтвами і патентами способи визначення ступеня дегідратації клітин і органів. Зокрема, це дозволило детально вивчити дегідратацію еритроцитів компонентами кріоконсервірующіх середовищ на різних етапах підготовки і заморожування клітин.


Життєздатність клітин, підданих низькотемпературному консервуванню, багато в чому залежить від ступеня проникнення в цитозоль різних речовин, у тому числі і компонентів захисних розчинів. Низькі температури і різні речовини можуть використовуватися для створення "депо" лікарських засобів в організмі. На основі отриманих даних були розроблені методичні підходи, захищені патентами: "Спосіб введення непроникаючих речовин в еритроцити", "Спосіб визначення проникності еритроцитів для осмотично активних органічних речовин", "Спосіб оцінки проникнення речовин в клітинні суспензії". Завдяки цим методичним прийомам спільно з відділом кріобіохіміі, зокрема, встановлено, що заморожування-відігрівання еритроцитів донорської крові в середовищі непроникаючих кріопротекторів індукує утворення трансмембранних дефектів, проникних для іонів Мn 2+ . Показано, що репараційні процеси призводять до відновлення бар'єрної функції мембран. Дослідження проникності мембран еритроцитів для осмотично активних органічних речовин дозволило визначити константи швидкості проникнення в клітини різних кріопротекторів і їх температурну залежність.

Останнім часом, у відділі розвиваються нові наукові напрямки. Розширюються фундаментальні дослідження, спрямовані на з'ясування особливостей реакцій тканин фетоплацентарного комплексу на низькі температури за допомогою вивчення впливу їх екстрактів на стан цитозолю, мембран, їх проникності для клітин різного походження. Такі дослідження дозволять розробити нові способи низькотемпературного консервування, а також визначити, використовуючи біофізичні підходи, методи експрес-оцінки стану таких тканин. Зовсім новим напрямком наукових досліджень є роботи по вивченню впливу низьких температур і кріозахисних з'єднань на структурно-функціональні параметри ферментів іммобілізованих на фізичної підкладці в складі біосенсора з застосуванням низьких температур. Проводяться також дослідження з використання озонових методів в кріобіології, в яких вивчається вплив різних доз озону на ступінь стійкості деяких біологічних систем і динаміку відновлення порушених фізіологічних процесів після холодового впливу.

Відділ кріобіофізікі підтримує тісні зв'язки з провідними науковими центрами Європи. Старший науковий співробітник відділу канд. біол. наук Кучеренко Ю.В. працює в University of Tubingen, Department of Physiology, Germany. Більшість методичних підходів, що використовуються в наукових дослідженнях, розроблені у відділі і захищені патентами. У відділі використовуються оригінальні прилади, розроблені і виготовлені в інституті і СКТБ з ДВ ІПКіК НАН України .

Одним з результатів проведених в попередні роки досліджень стала гіпотеза можливих механізмів кріозахисту кріопротекторними речовинами, висунута В.А. Мойсеєвим, В.Д. Зінченко і О.А. Нардідом. Суть її зводилася до наступного:

  1. Створення безперервної сітки водневих зв'язків між молекулами води і кріопротекторів призводить до розтягнутого по температурі фазового перетворення води в твердий стан, що викликає зменшення температурного і осмотичного градієнтів.

  2. кріопротектор разом з молекулами води шляхом гідрофільних і гідрофобних взаємодій утворюють сольватную оболонку навколо біомакромолекул і мембран клітин. Така оболонка перешкоджає сферичному зближенню макромолекул і утворення міжмолекулярних зв'язків, оберігає макромолекули і біомембрани від дегідратації при фазовому перетворенні води в твердий стан.

  3. На підставі встановленого факту комплексоутворення криопротекторов з електролітами, що знаходяться в дисоційованому стані в розчинах, захисну дію від гіперконцентрації солей при низькотемпературному консервуванні біологічних систем полягає в зниженні реакційної здатності таких комплексів у порівнянні з аквокомплексах, зменшенні іонної сили розчинів, а також в запобіганні концентрування солей при заморожуванні.

На початку 80-х років А.М. Воротиліним і О.В. Зінченко була досліджена структура водних розчинів кріопротекторів за низьких температур, побудовані динамічні діаграми фазових і фізичних станів розчинів, охолоджених за різними програмами. В результаті цих робіт А.М. Воротилін обгрунтував вибір пропандіолу як одного з найбільш перспективних кріозахисних агентів, що згодом підтвердилося створенням нового високоефективного способу кріоконсервування еритроцитів під захистом розчину Пропандіосахароль на основі пропандиола. Спосіб пройшов успішні випробування в шести організаціях. Затверджено методичні рекомендації.

Цікавим напрямком досліджень у відділі, що проводилися О.В.Зінченко, було вивчення електромагнітного випромінювання при охолодженні біооб'єктів (кріолюмінесценція). На підставі отриманих результатів була запропонована модель розвитку пошкодження мембран в твердофазной матриці. Згідно висловленій гіпотезі, однією з причин пошкодження мембран може бути поява електричних полів, тобто руйнування може носити електричну природу.

Основні публікації відділу


Контактна інформація:
Україна, 61016, Харків, вул. Переяславська 23,
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
Тел: +38 057 373 4143,   373 8807,   373 3039;     Факс: +38 057 373 5952
Електронна пошта: cryo.ua@gmail.com