Биофизика

Научные направления



Биоэлектрогенез и мембранный транспорт у высших растений
Руководитель: к.б.н. Воденеев В.А. 
Электрофизиологический анализ рецепции внешних воздействий клетками высших растений. Проводятся исследования возможности генерации клетками высших растений рецепторных потенциалов, участвующих в восприятии внешних факторов различной природы (температурного, механического, химического). Уделяется внимание таким особенностям местных биоэлектрических ответов как их градуальность, способность к сенсорной адаптации, участие в инициации распространяющихся электрических сигналов.
Изучение механизмов генерации и распространения электрических сигналов у высших растений. С применением широкого спектра современных методов ведется изучение ионной природы потенциала действия (ПД) и вариабельного потенциала (ВП). На основе исследования кабельных свойств проводящих структур высшего растения, показан электротонический механизм распространения ПД. Исследуются механизмы распространения ВП.
Анализ функциональной роли электрических сигналов у высших растений. Ведутся работы по исследованию индуцированных ПД и ВП функциональных эффектов. Установлена роль электрической активности в развитии адаптивных изменений при действии неблагоприятных факторов среды.
Исследование особенностей функционирования и регуляции транспортной Н+-АТФазы, играющей роль электрогенного насоса плазматических мембран. В опытах на изолированных мембранных везикулах изучена зависимость активности Н+-АТФазы от рН и температуры среды, трансмембранной разности электрических потенциалов, фазово-структурного состояния липидного окружения, концентрации Са2+ и других факторов.
 

Механизм генерации потенциала действия в клетках высших растений
Последовательность событий: деполяризация плазматической мембраны до уровня порога возбуждения – активация потенциалзависимых Ca2+-каналов и вход Ca2+ – активация потенциалзависимых Ca2+-активируемых Cl–-каналов и инактивация Н+-АТФазы –  возникновение деполяризующих потоков Cl– и Н+ – активация K+-каналов и реактивация Н+-АТФазы – возникновение направленных наружу реполяризующих потоков K+ и Н+
 

Зависимость амплитуды местной биоэлектрической реакции (МБЭР) клеток стебля тыквы от интенсивности механического раздраженияМБЭР свойственны градуальность и способность инициировать ПД по достижению порогового уровня – свойства, характерные для рецепторных потенциалов животных.

  

Аррениусовские кривые вязкости изолированных плазматических мембран клеток незакаленных (1) и закаленных (2) проростков тыквы. Вязкость определяли по отношению интенсивности флуоресценции эксимерной (Ie) и мономерной (Im) формы пирена. Перегибы на кривых соответствуют температуре фазового перехода.

Математическое моделирование биологических процессов
Руководитель: к.б.н., Сухов В.С.
 

Разработка и анализ математической модели генерации потенциала действия у высших растений, учитывающая функционирование систем активного и пассивного транспорта потенциалобразующих ионов, регуляторную роль ионов кальция, буферные свойства цитоплазмы и апопласта. На ее основе, разрабатывается модель распространения потенциала действия по симпласту растительных клеток.
Математическое моделирование функционирование фотосистемы II, учитывающее как акцепторную, так и донорную сторону мультиферментного комплекса. Полученные на основании модели индукционные кривые и кривые затухания замедленной флуоресценции хорошо соответствуют экспериментальным и могут быть использованы для их анализа.
Теоретический анализ роли флуктуации в адаптации живых систем к действию стресс-факторов проводится на основе математической модели адаптационного процесса. Показан немонотонный характер зависимости устойчивости живой системы от уровня флуктуаций.
Индуцированные постепенным охлаждением ПД:  А – рассчитано на основании модели,
Б – экспериментальные данные.
 

Описанная моделью зависимость устойчивости живой системы от уровня флуктуаций в ней

  

Схема кинетических состояний фотосистемы II высших растений, использованная при разработке математической модели
Qa – пластохинон a, Qb – пластохинон b, S – кислородвыделяющий комплекс,
A (DP680Phe) – участок фотосистемы II, включающий в себя реакционный центр (P680), первичный донор (D) и первичный акцептор (Phe)

 


Исследование влияния малых доз ионизирующей радиации на биообъекты
Руководитель: к.б.н., Орлова О.В.  
Исследования проводятся как на уровне целого организма, так на плазматических мембранах клеток. На мембранном уровне – на растительных и эритроцитарных мембранах – изучается ряд показателей, отражающих изменения их структурной организации  и  функционирования.  На уровне ответа целого организма изучается воздействие ионизирующего излучения на функциональное состояние растений на разных стадиях жизненного цикла, оцениваемое по ряду интегральных показателей (эффективность прорастания, устойчивость к действию неблагоприятных факторов, биоэлектрическая активность и др.)
 

Зависимость гидролитической активности Н+-АТФазы от времени облучения (мощность дозы 0.5 мГр/час)
 

Прорастание гаметофитов из облученных низкоинтенсивным β-облучением (1 – опыт) и необлученных (2 – контроль) спор папоротника Dryopteris carthusiana 0,1мГр/час

  

Влияние малых доз ионизирующего излучения на разность электрических потенциалов и солеустойчивость проростков пшеницы. Солеустойчивость определяли по времени жизни растения в насыщенном растворе NaCl

 


Прижизненная оптическая диагностика и мониторинг злокачественных новообразований
Руководитель: к.б.н., Балалаева И.В. 

Исследования проводятся совместно с Институтом прикладной физики РАН и Нижегородской государственной медицинской академией.
Применение оптической когерентной томографии (ОКТ) для неинвазивного контроля патологических процессов. На основе метода ОКТ разработан способ контроля состояния нормальных тканей человека, попадающих в зону облучения при проведении лучевой и химиолучевой терапии по поводу онкологических заболеваний полости рта и ротоглотки.  
Разработка метода прижизненного детектирования опухолей для задач экспериментальной онкологии с использованием диффузионной флуоресцентной томографии (ДФТ). В качестве контрастирующих агентов используются как экзогенные флуорофоры, так и эндогенные генетические маркеры (флуоресцентные белки).
Разработка метода прижизненного изучения накопления, перераспределения в организме и выведения экзогенных флуорофоров с использованием методов флуоресцентного имиджинга. Целью разрабатываемого метода анализа фармакокинетики in vivo является уменьшение сроков и снижение стоимости доклинического тестирования препаратов для фотодинамической терапии онкологических заболеваний.
 

ОКТ изображения структуры слизистой оболочки щеки до начала лучевой терапии (а) и после подведения 12 Гр (б) у больного орофарингеальным раком. Осложнение – мукозит 3 степени. Граница эпителия и подлежащей соединительной ткани показана стрелкой, бар – 1 мм . (в) – типичные кривые зависимости контраста между тканевыми слоями в зависимости от суммарной дозы для больных с мукозитом второй (сплошная линия) и третьей (пунктир) степени. Момент появления клинических проявлений мукозита указан серым вертикальным столбцом.

  

ДФТ- изображение мыши до (а) и после (б) введения фотосенсибилизатора. Стрелкой указано положение опухоли.

 

Развитие методов адресной доставки наночастиц в организме 

Исследования проводятся совместно с Институтом биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Институтом прикладной физики РАН, Научно-образовательным центром «Физика твердотельных наноструктур» (Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Создание наноразмерных контрастирующих агентов на основе полупроводниковых нанокристаллов и белков адресной доставки. Ведется исследование возможностей прижизненного адресного маркирования экспериментальных опухолей флуоресцентными нанокристаллами (квантовыми точками).
Развитие методов микроскопии высокого разрешения (конфокальная, многофотонная, ближнепольная) с использованием наноразмерных контрастирующих агентов. Ведется разработка методик прижизненного субклеточного имиджинга и исследования активности клеток с использованием флуоресцентных нанокристаллов.
 Исследование токсичности наноматериалов. Проводятся исследования механизмов взаимодействия наноматериалов с клетками крови человека и их влияния на морфо-функциональные характеристики клеток. Ведется исследование темновой и световой цитотоксичности наноматериалов по отношению к опухолевым клеткам человека. Прикладным аспектом этих исследований является поиск возможности фотосенсибилизации клеток и противоопухолевого эффекта при использовании наноматериалов.
 

Распределение квантовых точек (красно-оранжевое окрашивание) в тканях мыши после внутривенного введения: лимфоузел (А), печень (Б), селезенка (В), почка (Г). Конфокальная микроскопия.

  

Изображения нейтрофильных гранулоцитов человека через 90 и 150 минут инкубации с квантовыми точками, полученные методом атомно-силовой микроскопии.

 

 

Все права защищены © 2024 Биологический факультет
Создание сайтов любой сложности интернет Компания ТОП-7.