ПОИСК
АВТОРИЗАЦИЯ
E-mail:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?
Лаборатория биофизики мембран клеток при критических состояниях

Организована в 2009 году.

Основные научные направления 

1. Исследование структуры мембран эритроцитовв нанодиапазонепри критических состояниях организма. В частности: изучение поверхностной структуры мембран красных клеток крови при кровопотерях, при гипотензии, при различных видах эндогенных и экзогенных интоксикаций, при действии на кровь фармхимпрепаратов (анестетики, миорелаксанты и другие).

2. Исследование наноструктуры мембран красных клеток крови при действии ионизирующих излучений: гамма-излучения, пучков электронов и протонов, ядер тяжёлых элементов (В11 ) на кровь в широком диапазоне доз.

Лаборатория проводит работу совместно с ведущими научными организациями РФ:
— ЗАО «NT-MDT» в области нанотехнологий и атомной силовой микроскопии,
— ОИЯИ г. Дубна в области воздействий ионизирующих излучений на организм,
— физическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова в области изучения биофизики мембран,
— Первым МГМУ им. И.М.Сеченова в области наноструктурбислоёв.

Лаборатория ведёт сотрудничество с клиническими базами НИИ ОР РАМН. 
 
Сотрудники
 

Заведующий лабораторией    ЧЕРНЫШ Александр Михайлович     Профессор   ДБН

Ведущий научный сотрудник   КОЗЛОВА Елена Карловна    Профессор  ДФМН                 

Старший научный сотрудник   СЕРГУНОВА Виктория Александровна    КБН

Научный сотрудник                   ГУДКОВА Ольга Евгеньевна 

Научный сотрудник                   МАНЧЕНКО Екатерина Александровна        

 

Научная работа

 

Основные методы, используемые в лаборатории.

1. Атомная силовая микроскопия.

Атомный силовой микроскоп (АСМ) - сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения. Используется для определения рельефа поверхности с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного. Его достоинством является возможность изучать поверхности непроводящих структур, в частности, биологических мембран и других биологических объектов. Принцип действия атомного силового микроскопа основан на использовании сил атомных связей, действующих между атомами вещества. На малых расстояниях между двумя атомами (около одного ангстрема, 1 Ǻ = 10–8 см) действуют силы отталкивания, а на больших – силы притяжения. В сканирующем атомном силовом микроскопе такими телами служат исследуемая поверхность биологического объекта и скользящее над нею острие кантилевера. В результате, можно строить объёмный рельеф поверхности образца в режиме реального времени. Разрешающая способность данного метода составляет примерно 0,1-1 нм по горизонтали и 0,01 нм по вертикали.    

рис. 1.jpg

На рис. 1. Представлен общий вид, идея АСМ, конструкция кантилевера, эритроцит в формате 3D и его профиль. Методика сканирования позволяет выделять на общем скане любой интересующий исследователя фрагмент для его детального анализа. Эта процедура показана на рис. 2.     

   
f3bec0db.2.jpg

2. Калиброванная электропорация.

Электропорация – процесс образования в мембранах сквозных пор под действием внешнего импульсного электрического поля. Она возникает, если трансмембранный потенциал φ ≥ φкр – потенциала пробоя мембраны. Величина φкр определяется количеством активных центров мембраны в норме. При действии экзогенных физико-химических агентов количество активных центров увеличивается и критическое значение потенциала пробоя уменьшается. В результате пробоя мембран возникает осмотический гемолиз. Скорость гемолиза определяется величиной пробойного потенциала мембраны в данных условиях:

n(t) = n0 exp (- βt) + nr

β – константа скорости гемолиза. Кривая n(t) называется кинетической кривой гемолиза. По кинетической кривой и константе скорости можно оценивать среднее количество дефектов мембран. Чем больше повреждений вызывает внешний фактор, тем больше константа скорости. Идея метода показана на рис. 3, аппаратурное обеспечение на рис. 4, схема проведения эксперимента на рис. 5.

f6d40a9a.3.jpg
Рис.3
23bfa028.4.jpg
Рис.4
    bace56d9.5.jpg

Рис.5

Основные результаты

Для анализа структуры мембран красных клеток крови в нанодиапазоне необходимо выделить информативные показатели, которые формируют объективные критерии оценки. Для этого ,используя пространственное Фурье-преобразование, выделяются три порядка поверхности, имеющие различные спектральные окна. Каждое окно соответствует физиологическим единицам мембраны. Метод такого разложения представлен на рис. 6. Различные вещества и воздействия вызывают различную реакцию мембранных структур. Так, например, фиксатор глутаровый альдегид, импульсное электрическое поле, миорелаксант вызывают различное изменение порядков поверхности при их воздействии на мембраны клеток. Это показано на рис. 7

492c0d9b.6.jpg
Рис.6
137e6fa6.7.jpg

Рис.7

При действии модуляторов мембран эритроцитов, которые вызывают агрегацию белков band 3, на поверхности мембран возникают дефекты – несквозные поры. Их размеры и конфигурация зависят от концентрации модулятора. Дефекты, возникающие на мембране эритроцита при действии ионов Zn представлены на рис.8. Для коррекции таких дефектов перспективным является использование перфторуглеродных эмульсий (перфторана). Эффект устранения дефектов мембран перфтораном представлен на рис. 9. Столь же эффективно дейсттвует перфторан при повреждении мембра ионизирующими излучениями. На рис. 10 представлено корректирующее действие перфторана при действии коротковолнового ультрафиолетового излучения. На рис. 11 показан результат воздействия тяжёлых ядер В11 мембраны на красных клеток крови, полученный на ускорителе элементарных частиц в ОИЯИ г. Дубна.

6ed0232e.8.jpg
Рис.8
9dc1cd05.9.jpg
Рис.9
3ff6735e.10.jpg
Рис.10
3432ab72.11.jpg

Рис.11

Проведена серия опытов по теме: «Влияние перфторана на постреинфузионные повреждения мембран» по схеме гипотензия - реинфузия - коррекция перфтораном. Просканировано 186 клеток, математически обработаны 720 изображений трёх порядков. Показано, что первые 5 минут гипотензии вызывают наибольший стресс структур мембран эритроцитов. Причём максимальные изменения испытывает первый порядок – flickering. По прошествии 60 минут flickering снижается, но увеличиваются второй и третий порядки. То есть, нарушается структура спектринового матрикса и агрегируются белки (рис.12).

5a0308f0.12.jpg

Рис.12

В этих опытах показан эффективный метод коррекции дефектов мембран с помощью перфторана. Лучший результат даёт последующее введение эмульсии, после реинфузии, чем введение перфторана до проведения гипотензии (рис.13). 

c7c43b58.13.jpg
Рис.13