ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ КЛЕТКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИБК РАН)

Лаборатория занимается научными исследования регуляторных процессов на уровне клеток и организма, включая: 1) рецепцию, вне- и внутриклеточную сигнализацию в функциональных ответах клеток врожденного иммунитета и эндотелиоцитах в норме и при патологиях; 2) механизмы ритмогенеза в сердечно-сосудистой системе человека и животных, а также создание алгоритмов и устройств для неинвазивной диагностики и коррекции функциональных нарушений сердечно-сосудистой и нервной систем с использованием принципов биологической обратной связи.

Истоки лаборатории уходят в лето 1961 г., когда в Москву приехал с лекциями лауреат Нобелевской премии, профессор Бернард Катц. В МГУ лекцию Катца синхронно переводил Борис Вепринцев, молодой сотрудник кафедры биофизики биологического факультета, недавно защитивший кандидатскую диссертацию. После лекции разгорелась жаркая дискуссия, поскольку руководство кафедры не признавало мембранной теории возбуждения, одним из основоположников которой был Б. Катц. Большинство физиологов страны придерживались так называемой «теории Насонова-Александрова», объясняющей передачу возбуждения диффузией ионов в протоплазме. Вепринцев активно вступился за мембранную теорию и Катца. Дискуссия достигла такого накала, что после нее Борис уже не мог (и/или не хотел) оставаться на кафедре. По приглашению Льва Петровича Каюшина (тогдашнего заместителя Директора по науке) он перешел в Институт биологической физики АН СССР (ИБФ АН СССР) в огромную лабораторию биофизики живых структур, которую возглавлял директор Института академик АН СССР Глеб Михайлович Франк. А с Катцем у Вепринцева установились очень теплые отношения, которые имели для лаборатории важные положительные последствия: публикация статей в Nature и J. Physiology (London), стажировка П.Д. Брежестовского в Лондонском Университетском колледже. Б.Н. Вепринцеву в ИБФ АН СССР на ул. Профсоюзной была отведена маленькая узкая комната (очень неудобная для экспериментальной работы) и выделена лаборантка Мила Кулида, в 1964 г. поступившая в МГУ. Кроме того, в группе работал студент-курсовик МФТИ, потом дипломник, Лев Ермишкин, в мае 1962 г. в аспирантуру поступила Екатерина Вульфиус. Осенью того же года в связи с готовившимся перебазированием Института в Пущино в качестве «пущинских стажеров» были приняты выпускники МГУ. Так состав группы пополнился Таисией Хаустовой (Дьяконовой) и Станиславом Гуриным. В 1963 г. в аспирантуру поступил Сергей Розанов. Непродолжительное время в лаборатории стажировался дипломник из Ростовского государственного Университета Евгений Фесенко, который вскоре перешел в лабораторию Ю.А. Владимирова.

Летом-осенью 1964 г. начался переезд в Пущино. К сожалению, к этому времени ушел к Е.А. Либерману тогда уже аспирант Лев Ермишкин. Состав группы увеличился: в аспирантуру поступил выпускник кафедры биофизики МГУ Альберт Кислов, из Москвы переехала замечательная старшая лаборантка, заботливая хозяйка и «всеобщая мама» Сария Мамедовна Гасанова, Борис Николаевич пригласил из Риги Игоря Крастса – своего спутника по экспедициям в качестве инженера. К ноябрю 1964 г. вся группа переместилась в Пущино. Работали в здании вивария, на втором этаже в большой комнате размещались 3 группы: группа С.Э. Шноля, С.М. Женодаровой и наша. Потом получили комнату в подвале, а в январе 1965 г. переехали в главное здание, где температура в комнатах редко бывала выше 11оС. Отапливались «козлами», уплотнителями для асбоцементных труб (это тоже асбоцементная труба диаметром около 20 см и толщиной стенок 2-3 см, тяжеленная) на ножках из стального прута с продетой через отверстия трубы самодельно намотанной очень мощной спиралью (ток – страшно подумать – измерялся несколькими амперами). Всю осень и зиму И.В. Крастс, А.Н. Кислов и Е.А. Вульфиус монтировали из подручных средств первую микроэлектродную установку – для Екатерины Анатольевны Вульфиус.

Постепенно группа росла: в 1965 г. поступила в аспирантуру Эдит Гахова, после четырех-пятимесячной работы за так была принята младшим научным сотрудником Ольга Юрченко, бывшая дипломница С.И. Розанова (1967 г.), из расформированной лаборатории пришла Ольга Жерелова (около 1968 г.), потом дипломник (в дальнейшем аспирант) Петр Брежестовский (1969 г.), Лариса Бочарова (1969 г.), аспиранты Марина Костенко и Виталий Гелетюк (1970 г.), Валентина Мусиенко, стажер-исследователь Николай Чемерис (1970 г.). В начале 70-х годов был хороший контакт с кафедрой бионики физфака Казанского государственного Университета: оттуда приехали дипломниками Владимир Казаченко, Виктор Ильин, Надежда Приходько; двое первых остались в лаборатории. Примерно в это же время группа обогатилась хорошими инженерами – сначала Борисом Санталовым и Василием Вершининым, потом Борисом Успенским. В группу культуры нервных клеток поступили аспиранты Владимир Архипов и Надежда Третьяк, туда же перешла Валентина Мусиенко и из другой лаборатории Татьяна Смолихина.

В 1976 г. группа получила статус лаборатории и имя: лаборатория явлений возбуждения. В конце 70х годов в связи с изменением научных интересов Бориса Николаевича в лабораторию пришли несколько новых аспирантов и сотрудников: Людмила Межевикина, Наиля Чекурова, Татьяна Свиридова, Виктор Утешев, Михаил Зубин и другие, но настоящего контакта с ними так и не сложилось, старое «ядро лаборатории» воспринимало их как чужеродное тело. Позже лаборатория разделилась на две лаборатории: в одну, лабораторию консервации генетических ресурсов под руководством Б.Н. Вепринцева, из «старых» сотрудников вошли Э.Н. Гахова и А.Н. Кислов; другая по-прежнему занималась исследованием ионных каналов и рецепторов медиаторов, руководители менялись: В.И. Ильин, Н.К. Чемерис, В.Н. Казаченко. В разное время в лаборатории, которая изменила название на лабораторию биофизики нервной клетки (потом лабораторию клеточной нейробиологии) работали Абрам Акопян, Тимофеев, Олег Асланиди, Алла Аловская, Аида Габдулхакова, Анна Миллер, Владимир Рязанский, Наталья Кабанова, Ольга Тумина, Надежда Авхачева, Валентина Мальцева. С 2009 г. по 2019 г. лабораторию возглавляла к.б.н. Валентина Григорьевна Сафронова.

В настоящее время лаборатория называется «лаборатория механизмов регуляции биосистем». Переименование лаборатории произошло в связи с реструктуризацией Института в 2023 г. С 2019 г. по настоящее время руководителем лаборатории является д.ф.-м.н. Андрей Анатольевич Гриневич.

• Исследование молекулярных механизмов генерации активных форм кислорода (АФК), опосредованной рецепторами цитоплазматической мембраны (рецепторами хемотаксических факторов или инсулина, никотиновыми рецепторами ацетилхолина разного типа и другими). Определение внутриклеточных сигнальных путей передачи сигнала от рецепторов на NADPH оксидазу, катализирующую образование АФК, и изменений в трансдукции сигнала при заболеваниях с воспалительным компонентом, сопровождающихся окислительным стрессом, для выявления целевых молекул и мишеней возможного фармакологического воздействия.
• Исследование изменений в функциональных реакциях гранулоцитов (фагоцитоз, адгезия, взаимодействие с эндотелиальными клетками) и лежащих в их основе молекулярных событиях (экспрессия рецепторов и молекул вне- и внутриклеточной сигнализации) при заболеваниях у человека и на моделях патологий у животных (воспаление, сахарный диабет 2 типа, бронхиальная астма) для выявления механизмов патологических нарушений функционирования гранулоцитов.
• Исследование колебательных процессов в изменениях концентраций Са²⁺ и NO в культивируемых эндотелиоцитах под действием физико-химических факторов различной природы (лиганды рецепторов, гипоксия, повышенная температура и другое), моделирующих физиологические или патологические условия, для выявления и обоснования молекулярных механизмов колебаний, наблюдаемых в микроциркуляторном русле.
• Исследование механизмов формирования и регуляции колебаний кровотока в системе микроциркуляции кожи человека, а также анализ взаимодействий между системами, регулирующими гемодинамику на основе оценки внешних и внутренних связей, для выявления механизмов функциональных нарушений в организме при различных патологиях.
• Создание алгоритмов и устройств для выявления новых параметров неинвазивной диагностики и коррекции функциональных нарушений сердечно-сосудистой и нервной систем человека с использованием принципов биологической обратной связи.

• Изоляция и культивирование гранулоцитов и эндотелиоцитов микрососудов мыши и человека.
• Хемилюминесцентный анализ для регистрации кинетики генерации активных форм кислорода клетками в цельной крови или изолированными клетками;
• Ингибиторный и активаторный анализ для выявления роли определенных рецепторов и сигнальных молекул в исследуемых процессах.
• Флуоресцентная микроскопия для измерения концентраций Ca2+ и NO и исследования Ca2+- и NO-зависимых процессов с использованием флуоресцентных зондов, вне- и внутриклеточной локализации рецепторов и сигнальных молекул с применением специфических лигандов рецепторов или антител к специфическим белкам с флуоресцентными метками.
• Иммуноферментный анализ (enzyme linked immunosorbent assay – ELISA) для общего детектирования и количественного определения специфических белков.
• Электрофорез в полиакриламидном геле для разделения белков с последующим иммуноблоттингом для определения специфических белков.
• Обработка изображений (имидж-процессинг) для анализа динамики изменений концентраций Ca 2+ и NO с использованием программ WinFluor и ImageJ.
• ПЦР в реальном времени.
• Регистрация дыхательного ритма и электрокардиограммы (ЭКГ) у человека или мыши аппаратно-программным комплексом «ВНС-Микро» («Нейрософт», Россия).
• Регистрация кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека двухканальным лазерным анализатором кожного кровотока ЛАКК-02 (НПП «ЛАЗМА», Россия, лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ)).
• Регистрация кровотока в микроциркуляторном русле кожи мыши одноканальным лазерным анализатором ЛАКК-01 (НПП «ЛАЗМА», Россия).
• Регистрация фотоплетизмограмм на пальцах рук и ног у человека фотоплетизмографом «Ангиоскан» («Ангиоскан-Электроникс», Россия).
• Проведение функциональных тестов: ортостатическая, окклюзионная, тепловая пробы.
• Регистрация электроэнцефалограммы у человека и оценка параметров электрической активности мозга с помощью принципов биологической обратной связи.
• Спектральные методы анализа временных рядов с использованием оконного Фурье-анализа, адаптивных вейвлетов или процедуры декомпозиции Гильберта-Хуанга.
• Оценка фазовых взаимосвязей между анализируемыми сигналами при помощи кросс-спектрального анализа с использованием функции фазовой вейвлет-когерентности или процедуры декомпозиции Гильберта-Хуанга и преобразования Гильберта.
• Оценка взаимосвязей между спектральными компонентами в анализируемом сигнале с помощью оригинальной методики анализа корреляционных связей.
• Математическое моделирование биологических процессов на разных уровнях структурной и функциональной иерархии в покое и при воздействиях.

Tikhonova I.V., Dyukina A.R., Shaykhutdinova E.R, Safronova V.G. Modified signaling of membrane formyl peptide receptors in NADPH-oxidase regulation in obesity-resistant mice // Membranes, 2023, vol. 13, pp. 306.

Фролов А.В., Локтионова Ю.И., Жарких Е.В., Сидоров В.В., Танканаг А.В., Дунаев А.В. Реакция микроциркуляции крови в коже различных участков тела при выполнении дыхательных упражнений йоги // Регионарное кровообращение и микроциркуляция, 2023. Т. 22 № 1. С. 72-84.

Tikhonova I.V., Tankanag A.V., Guseva I.E., Grinevich A.A. Analysis of interactions between cardiovascular oscillations for discrimination of early vascular disorders in arterial hypertension and type 2 diabetes // Biomedical Signal Processing and Control, 2023, vol. 79, pp. 104222.

Belosludtseva N.V., Serov D.A., Starinets V.S., Penkov N.V., Belosludtsev K.N. Alterations in Mitochondrial Morphology and Quality Control in Primary Mouse Lung Microvascular Endothelial Cells and Human Dermal Fibroblasts under Hyperglycemic Conditions // International Journal of Molecular Sciences, 2023, vol. 24, № 15, pp. 12485.

Belosludtsev K.N., Serov D.A., Ilzorkina A.I., Starinets V.S., Dubinin M.V., Talanov E.Y., Karagyaur M.N., Primak A.L., Belosludtseva N.V. Pharmacological and Genetic Suppression of VDAC1 Alleviates the Development of Mitochondrial Dysfunction in Endothelial and Fibroblast Cell Cultures upon Hyperglycemic Conditions // Antioxidants, 2023, vol. 12, № 7, pp. 1459.

Мякишева С.Н., Бабурина Ю.Л., Кобякова М.И., Крестинин Р.Р., Сотникова Л.Д., Крестинина О.В. Совместное действие мелатонина и диэтилдитиокарбамата на клетки нейробластомы мыши N1Е-115(клон С-1300) // Биофизика, 2023. Т. 68 № 5. С. 973-981.

Федотчев А.И. Методы адаптивной нейростимуляции с обратной связью: особенности, достижения и перспективы развития // Рос.физиол.журн. им. И.С.Сеченова. 2023.Т. 109 № 9. С. 1-16.

Корсакова-Крейн М.Н., Федотчев А.И. Возможности и перспективы использования музыкально-компьютерных технологий в терапии психогенных расстройств // Проблемы музыкальной науки. 2023. № 3. С. 122-130.

Федотчев А.И., Земляная А.А. Зависящая от состояния мозга неинвазивная нейростимуляция с обратной связью от ЭЭГ: достижения и перспективы // Совр. Технологии в Медицине. 2023. Т. 15 № 5. С. 33-43.

Fedotchev A., Parin S., Polevaya S. Resonance scanning as an efficiency enhancer for EEG-guided adaptive neurostimulation // Life. 2023, vol. 13, pp. 620.

Полевая С.А., Парин С.Б., Федотчев А.И. Сочетание ЭЭГ-управляемой адаптивной нейростимуляции с резонансным сканированием в коррекции стресс-индуцированных состояний и когнитивной реабилитации студентов университета // Бюллетень Экспериментальной Биологии и Медицины. 2023. Т. 175 № 6. С. 710-714.

Федотчев А.И., Полевая С.А., Парин С.Б. Эффективность ЭЭГ-управляемой адаптивной нейростимуляции увеличивается при оптимизации параметров предшествующего резонансного сканирования // Физиология человека. 2023. Т. 49 № 5. С. 17-24.

Гриневич А.А., Чемерис Н.К. Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма на основе метода Гильберта-Хуанга // ДАН. 2023. Т. 511. С. 395–398.

Gudkov S.V., Gao M., Simakin A.V., Baryshev A.S., Pobedonostsev R.V., Baimler I.V., Rebezov M.B., Sarimov R.M., Astashev M.E., Dikovskaya A.O., Molkova E.A., Kozlov V.A., Bunkin N.F., Sevostyanov M.A., Kolmakov A.G., Kaplan M.A., Sharapov M.G., Ivanov V.E., Bruskov V.I., Kalinichenko V.P., Aiyyzhy K.O., Voronov V.V., Pimpha N., Li R., Shafeev G.A. Laser Ablation-Generated Crystalline Selenium Nanoparticles Prevent Damage of DNA and Proteins Induced by Reactive Oxygen Species and Protect Mice against Injuries Caused by Radiation-Induced Oxidative Stress // Materials (Basel), 2023, vol. 16 № 14, pp. 5164.

Tikhonova I. V.,Grinevich A. A., Kosyakova N. I., Safronova V. G. The effect of high temperature on kinetics of reactive species generation in patients with type 2 diabetes. Free Radical Biology & Medicine // 2022. – V. — 192. — P. 235-245.

Тихонова И.В., Гриневич А.А., Танканаг А.В., Сафронова В.Г. Микрогемодинамика кожи и механизмы ее регуляции при сахарном диабете 2 типа. // Биофизика. – 2022. — Т. 67. (4). — С. 805–818.

Filina Yu. V., Gabdoulkhakova A. G., Rizvanov A. A., Safronova V. G. MAP kinases in regulation of NOX activity stimulated through two types of formyl peptide receptors in murine bone marrow granulocytes // Cellular Signalling. – 2022. V. — 90. – 110205.

Filina Yu. V., Tikhonova I. V., Gabdoulkhakova A. G., Rizvanov A. A., Safronova V. G. Mechanisms of ERK phosphorylation triggered via mouse formyl peptide receptor 2 // Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Cell Research. – 2022. – V. — 1869. (12). — 119356.

Serov D., Tankanag A., Astashev M. Low-frequency oscillations of murine skin microcirculations and periodic changes of [Ca2+]i and [NO]i levels in murine endotheliocytes: An effect of provocative tests // Cell Biology International. – 2022. – V. 46 (3). – P. 427-442.

Гриневич А. А., Гарамян Б. Г., Чемерис Н. К. Локализация механизмов амплитудно-частотной модуляции пульсового кровенаполнения микрососудистого русла мягких тканей. пилотное исследование // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. – 2022. – T. 504. (1). – С. 223-228.

Sarimov R.M., Glinushkin A.P., Sevostyanov M.A., Konushkin S.V., Serov D.A., Astashev M.E., Lednev V.N., Yanykin D.V., Sibirev A.V., Smirnov A.A., Baimler I.V., Simakin A.V., Bunkin N.F., Gudkov S.V. Ti-20Nb-10Ta-5Zr Is Biosafe Alloy for Building of Ecofriendly Greenhouse Framework of New Generation // Metals, 2022. vol. 12. №. 12. p. 2007

Belosludtsev K.N., Ilzorkina A.I., Belosludtseva N.V., Sharapov V.A., Penkov N.V., Serov D.A., Karagyaur M.N., Nedopekina D.A., Davletshin E.V., Solovieva M.E., Spivak A.Y., Kuzmina U.S., Vakhitova Y.V., Akatov V.S., Dubinin M.V. Comparative Study of Cytotoxic and Membranotropic Properties of Betulinic Acid-F16 Conjugate on Breast Adenocarcinoma Cells (MCF-7) and Primary Human Fibroblasts // Biomedicines, 2022. vol. 10. №. 11. p. 2903

Astashev M.E., Sarimov R.M., Serov D.A., Matveeva T.A., Simakin A.V., Ignatenko D.N., Burmistrov D.E., Smirnova V.V., Kurilov A.D., Mashchenko V.I., Ivashkin P.I., Uvarov O.V., Voronov V.V., Shkirin A.V., Nagaev E.V., Efimov A.D., Ivanov V.E., Bruskov V.I., Dubinin M.V., Sharapov M.G., Kozlov V.A., Bunkin N.F., Volkov M.Y., Vedunova M.V., Rebezov M.B., Semenova A.A., Lisitsyn A.B., Glinushkin A.P., Chausov D.N., Gudkov S.V. Antibacterial behavior of organosilicon composite with nano aluminum oxide without influencing animal cells // Reactive and Functional Polymers, 2022. Vol. 170. p. 105143

Yanykin D.V.; Astashev M.E., Khorobrykh A.A., Paskhin, M.O., Serov D.A., Gudkov, S.V. Application of Fixed-Length Ultrasonic Interferometry to Determine the Kinetics of Light-/Heat-Induced Damage to Biological Membranes and Protein Complexes. // Inventions 2022, 7, 87.

Simakin A.V., Sarimov R.M., Smirnova V.V., Astashev M.E., Serov D.A., Yanykin D.V., Chausov D.N., Shkirin A.V., Uvarov O.V., Rotanov E., Shakhovskoy A., Bruskov V.I., Ivanov V.E., Dorokhov A.S., Izmailov A.Y. New Structural Nanocomposite Based on PLGA and Al2O3 NPs as a Balance between Antibacterial Activity and Biocompatibility with Eukaryotic Cells. // Journal of Composites Science, 2022. vol. 6. №. 10. p. 298.

Starinets V.S., Serov D.A., Penkov N.V., Belosludtseva N.V. Dubinin M.V., Belosludtsev K.N. Alisporivir Normalizes Mitochondrial Function of Primary Mouse Lung Endothelial Cells Under Conditions of Hyperglycemia // Biochemistry Moscow, 2022. Vol. 87. p. 605–616.

Мякишева С.Н., Бабурина Ю.Л., Крестинина О.В. Астаксантин и карбоксиамид изохинолина снижают пролиферацию клеток нейробластомы мыши N1Е-115 (клон С-1300) и запускают пути апоптоза // Современные проблемы науки и образования. – 2022. – № 5 – С. 107.

Baimler I.V., Lisitsyn A.B., Serov D.A., Astashev M.E., Gudkov S.V. Analysis of Acoustic Signals During the Optical Breakdown of Aqueous Solutions of Fe Nanoparticles // Front. Phys. – 2020. – V. 8. – P. 622791. doi: 10.3389/fphy.2020.622791 Q3 WOS

Safronova V.G., Vulfius C.A., Astashev M.E., Tikhonova I.V., Serov D.A., Jirova E.A., Pershina E.V., Senko D.A., Zhmak M.N., Kasheverov I.E., Tsetlin V.I. α9α10 nicotinic acetylcholine receptors regulate murine bone marrow granulocyte functions. // Immunobiology, 2021; 226(1):152047. doi: 10.1016/j.imbio.2020.152047. (РФФИ 17-00-00058 и 17-00-00063 в рамках 17-00-00064-КОМФИ). Q2 Scopus; Q3 WOS

Serov D.A, Tikhonova I.V., Safronova V.G., Astashev M.E. Calcium activity in response to nAChR ligands in murine bone marrow granulocytes with different Gr-1 expression. // Cell Biology International, 2021; 45(7):1533-1545. doi: 10.1002/cbin.11593. (РФФИ 17-00-00058 в рамках 17-00-00064-КОМФИ) Q2 Scopus; Q3 WOS

Смолянинов В.В., Потапова Т.В., Мякишева С.Н., Асланиди К.Б. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ И АКТИВНОСТЬ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ИОНОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2021. — № 10. — С. 27-30.

Gudkov S.V., Burmistrov D.E., Serov, D.A., Rebezov M.B., Semenova A.A., Lisitsyn A.B. A Mini Review of Antibacterial properties of ZnO nanoparticles // Front. Phys, 2021; 9, 641481. doi: 10.3389/fphy (Грант Министерства науки и высшего образования № 075-15-2020-774). Q2 WOS.

Penkov N.V., Goltyaev M.V., Astashev M.E., Serov D.A., Moskovskiy M.N., Khort D.O., Gudkov S.V. The application of terahertz time-domain spectroscopy to identification of potato late blight and fusariosis // Pathogens, 2021. vol. 10. №. 10. 1336. doi:10.3390/pathogens1010133. (Грант Министерства науки и высшего образования № 075-15-2020-774). Q2 WOS.

Tikhonova I.V., Grinevich A.A., Tankanag A.V. Analysis of phase interactions between heart rate variability, respiration and peripheral microhemodynamics oscillations of upper and lower extremities in human. Biomedical Signal Processing and Control, 2022, v. 71 (pt. A), 103091, doi: 10.1016/j.bspc.2021.103091. Q2 WOS.

Мизева И.А., Танканаг А.В., Красников Г. В. Взаимосвязь колебаний сердечного ритма и осцилляций периферического кровотока при контролируемом дыхании. Вестник Пермского федерального исследовательского центра. 2021, N 3, c. 17–22. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2021.3.3.