Лаборатория механизмов природного и искусственного гипобиоза

Руководитель: к.б.н. Захарова Надежда Михайловна.
Должность: ведущий научный сотрудник.
Телефон: 1-58, 3-16.
Корпус, комната: новый корпус, 411; главный корпус, 030.
Адрес электронной почты: n_m_zakharova@pbcras.ru.
Начало исследованиям механизмов зимней спячки в ИБФ АН СССР в 1975 г. (с 1991 года ИБК РАН) положила Стелла Германовна Колаева (1931-2003) — ученица известного отечественного физиолога А.Д. Слонима (1903-1986). За многие годы менялся состав лаборатории, ее руководители (д.б.н., Т.П. Семенова, затем к.б.н. Н.М. Захарова), но неизменным остается одно – приблизившись к этому удивительному явлению природы, невозможно более заниматься другой научной проблемой, а тем более остаться равнодушным к ней. На протяжении долгого времени, благодаря сотрудничеству с Якутскими учеными, в особенности с д.б.н. А.И. Ануфриевым, работа в лаборатории ведется на гибернирующих длиннохвостых сусликах, температура тела которых в период зимней спячки достигает околонулевых значений. Важным направлением в научном подразделении является также моделирование искусственного гипобиоза у крыс методом «закрытого сосуда» в условиях развивающейся гипоксии и гиперкапнии, который освоил, модернизировал и широко применял старейший сотрудник лаборатории Дмитрий Александрович Игнатьев (1940-2023). После успешного завершения проекта Фонда перспективных исследований с 2018 года в лаборатории внедрен разработанный метод фармакологически-индуцированного гипобиоза у мелких и средних экспериментальных животных.
Направления исследований
В лаборатории исследуют физиологические, биохимические, клеточные и биоэнгергетические механизмы феноменальной устойчивости зимоспящих длиннохвостых сусликов к неблагоприятным факторам внешней среды. Животные во время спячки способны обратимо снижать все жизненные показатели (метаболизм, температуру, сердечную сократимость, дыхание и другие) в десятки и сотни раз.
Важным биомедицинским направлением в исследованиях лаборатории является изучение состояния искусственной гипотермии у теплокровных млекопитающих. В результате значительного количества экспериментальных данных был сделан вывод, что определенное сходство морфофизиологических сдвигов, отмеченных в структурах мозга у зимоспящих, и незимоспящих животных при входе в низкотемпературное состояние, указывает на наличие сходных механизмов, способных при определенных условиях переводить животных разных видов на пониженный уровень активности.
В рамках проекта Фонда перспективных исследований была разработана технология введения млекопитающих (крыс) в состояние искусственного, в том числе пролонгированного торпора (оцепенения) без внешнего охлаждения, аналогичного состоянию, наблюдаемому у гибернирующих животных в естественных условиях. Важной составляющей предложенной технологии является создание фармакологической композиции, способной индуцировать торпороподобное состояние у млекопитающих. В лаборатории накоплен значительный опыт первичного скрининга экспериментальных лекарственных образцов на лабораторных животных in vivo и in vitro. Возможности лаборатории позволяют сделать первичную оценку безопасности экспериментальных образцов по острой, подострой и хронической токсичности, оценить влияние образцов на двигательную активность и когнитивные функции, на сердечно-сосудистую систему и метаболизм животных, а также провести оценку эффективности экспериментальных антигипоксантов. Лаборатория имеет опыт работы c различными способами введения лекарственных средств лабораторным животным: оральным, внутривенным, внутрибрюшинным, внутримышечным, подкожным, внутрикожным, интраназальным и внутрикостным (мини пиги), а также c разными способами забора крови у экспериментальных животных. Все эксперименты проводятся, согласно Рекомендации Коллегии Евразийской экономической комиссии от 14.11.2023 № 33 «О Руководстве по работе с лабораторными (экспериментальными) животными при проведении доклинических (неклинических) исследований».
методы исследований
- Большой опыт экспериментальной работы с разными лабораторными животными (мыши, крысы, кролики, морские свинки, минипиги) по стандартам ГОСТ ИСО, в том числе с гибернирующими сусликами.
- Методы моделирования острой кровопотери, анестезии, местной анальгезии, гипотермии и острой гипоксии.
- Проведение поведенческих тестов (метод открытое поле, горячей пластины, метод «экстраполяционное избавление», метод оценки местноанастезирующей активности по Bulbring и Wajda и др.), применение специализированного ПО (например, EthoVision XT, RealTimer и др).
- Хирургические манипуляции с лабораторными животными по стандартам ГОСТ ИСО: установка и извлечение имплантатов/датчиков, катетеризация сосудов (вены, артерии) мелких, средних и крупных лабораторных животных.
- Проточная цитофлуориметрия CytoFlex (США) и анализ полученных данных при помощи CytExp;
- Проведение комплексных гематологических и биохимических исследований крови, изготовление и окраска препаратов мазков биологических жидкостей.
- Методы выделения клеток крови в градиенте плотности и клеточных органелл.
- Методы определения активности цитоплазматических и мембранных ферментов, в том числе радиоизотопный метод.
- Механографический метод исследования сократительной активности сегментов аорты in vitro.
- Проведение оценки токсичности in vitro и in vivo в соответствии с ГОСТ ИСО 10993- 5-2011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий».
- Конфокальная микроскопия на TCS SP5 (Leica, Германия).
- Проведение комплекса гистологических исследований: от этапа аутопсии (костный мозг, щитовидная железа, сердце, селезенка и т.д.) до покраски, в т.ч. качественными и дифференциальными окрасками (окраска по Мак-Ги-Расселу, по Ван-Косса, трихром по Лилли, пентахром по Мовату, трихром Массона-Голднера и т.д.).
- Криотомия и микротомия.
- Получение гистотопограмм, цифровая обработка изображений с использованием флуоресцентной станции Nikon Eclipse Ti-E и Leica DM 6000 B, работа с различным ПО для интерпретации результатов (Nis Elements, Leica App, Imaje J, Cell Composer и др.).
- Спектрофотомерия, работа с различными микропланшетными ридерами (например, Infinite® 200 PRO).
- Метод выделения интактных препаратов митохондрий из различных тканей животных.
- Полярографические, потенциометрические и спектрофотометрические методы измерения дыхания митохондрий, мембранного потенциала и скорости активного и пассивного транспорта ионов через биологические мембраны.
- Методы хроматографии и электрофореза белков.
- Методы выделения и анализа нуклеиновых кислот и определения уровня экспрессии генов методом PCR-анализа в реальном времени.
2024
Lizorkina, K.I., Aksenova, G.E., Afanasyev, V.N. Teplova & N. M. Zakharova. The Features of Erythropoiesis in Hibernating Ground Squirrels Urocitellus undulatus. J Evol Biochem Phys 60, 2381–2389 (2024). https://doi.org/10.1134/S0022093024060176
Zakharova, N.M., Tarahovsky, Y.S. & Khrenov, M.O. A Comparative Study of the Temperature Coefficient Q10 in Hibernating Ground Squirrels Urocitellus undulatus and Cooled Rats of Different Ages. J Evol Biochem Phys 60, 1437–1446 (2024). https://doi.org/10.1134/S0022093024040148
Teplova, P.O., Komelina, N.P., Yegorov, A.Y. Lizorkina K.I. & N. M. Zakharova. Adaptive Blood Cell Variability in the Annual Life Cycle of the Ground Squirrel Urocitellus undulatus. J Evol Biochem Phys 60, 443–452 (2024). https://doi.org/10.1134/S0022093024020017
Karanova MV and Zakharova NM. Secondary Metabolites and Amino Acids in the Neocortex of the Long-Tailed Ground Squirrel Urocitellus undulatus at Different Stages of Hibernation. Biophysics. 2024. 69(1), p.6-17 DOI: 10.1134/S0006350924700027
2023
Karanova, M.V., Zakharova, N.M. Adaptive Modification of Amino Acid Pools in the Myocardium of a Long-Tailed Ground Squirrel Urocitellus undulatus at Different Stages of Hibernation. J Evol Biochem Phys 59, 1027–1036 (2023). https://doi.org/10.1134/S0022093023040038
Теплова П.О., Комелина Н.П., Лизоркина К.И., Захарова Н.М. Особенности адаптационных изменений лейкоцитов и тромбоцитов якутских сусликов в предгибернационный осенний период. Биофизика.2023. т.68 (5), С. 964-972 DOI: 10.31857/S0006302923050125
Dmitry A. Prokhorov, Victor P. Kutyshenko, Yury S. Tarahovsky, Nikolay I. Kukushkin, Maxim O. Khrenov, Anatoly L. Kovtun, Nadezhda M. Zakharova. Solid xenon carrier based on α-cyclodextrin: properties, preparation, and application, Journal of Pharmaceutical Sciences. 2023, 112(1), 344-349. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2022.08.014.
2022
А.С. Аверин, Н.М. Захарова, Д.А. Игнатьев. Эффекты хлорида никеля на сократительные параметры миокарда активных сусликов с различным ответом на гипотермию. Биофизика. 2022, 67(5), 962-968. DOI: 10.31857/S0006302922050131
Каранова М.В., Захарова Н.М. Пулы аминокислот скелетных мышц якутского суслика Urocitellus Undulatus на разных стадиях гибернации. Биофизика. 2022, 67 (2), 371-377. DOI: 10.31857/S000630292202020X
2021
Аверин А.С., Захарова Н.М., Игнатьев Д.А. Влияние концентрации внеклеточного Са2+на зависимость «частота–сила»: эффект потенциации паузой в условиях выраженной гипотермии в миокарде морской свинки. Биофизика. 2021, 66 (6), 1186–1191 DOI: 10.31857/S0006302921060144
Averin, A.S., Zakharova, N.M. & Tarlachkov, S.V. Effect of Cooling on Force-Frequency Relationship, Rest Potentiation, and Frequency-Dependent Acceleration of Relaxation in the Guinea Pig Myocardium. J Evol Biochem Phys 57, 761–771 (2021). https://doi.org/10.1134/S0022093021040025
Nadezhda M Zakharova, Yury S Tarahovsky, Natalia P Komelina, Irina S Fadeeva, Anatoly L Kovtun. Long-term pharmacological torpor of rats with feedback-controlled drug administration. Life Sciences in Space Research, 2021, 2, 18-21. doi.org/10.1016/j.lssr.2020.11.002
Nadezhda M. Zakharova, Yury S. Tarahovsky, Natalia P. Komelina, Maxim O. Khrenov, Anatoly L. Kovtun. Pharmacological torpor prolongs rat survival in lethal normobaric hypoxia. Journal of Thermal Biology, 98, (2021) 102906. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2021.102906
2020
Tarahovsky, Yury S.; Khrenov, Maxim O.; Kovtun, Anatoly L.; Zakharova, Nadezhda M. (2020): Comparison of natural and pharmacological hypothermia in animals: determination of activation energy of metabolism. Journal of thermal biology, p. 102658. V.92. DOI: 10.1016/j.jtherbio.2020.102658. V.92
2019
Nadezhda M Zakharova, Yury S Tarahovsky, Irina S Fadeeva, Natalia P Komelina, Maxim O Khrenov, Olga V Glushkova, Dmitry A Prokhorov, Viktor P Kutyshenko, Anatoly L Kovtun. A pharmacological composition for induction of a reversible torpor-like state and hypothermia in rats. Life sciences. 2019. 219, 190-198. 10.1016/j.lfs.2019.01.023