Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України

У статті стисло висвітлено діяльність Інституту проблем кріобіології і кріомедицини Національної академії наук України — першої в колишньому СРСР і в Україні установи такого профілю, наведено основні відомості про характер дії низьких і знижених температур на біологічні об’єкти різних рівнів організ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Гольцев, А.М., Дембновецький, О.Ф., Бойко, В.І., Дудченко, Т.М., Пацюк, Ф.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2012
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Наукові напрями
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/37356
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України / А.М. Гольцев, О.Ф. Дембновецький, В.І. Бойко, Т.М. Дудченко, Ф.Н. Пацюк // Вісн. НАН України. — 2012. — № 8. — С. 54-61. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-37356
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-373562012-10-03T12:06:41Z Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України Гольцев, А.М. Дембновецький, О.Ф. Бойко, В.І. Дудченко, Т.М. Пацюк, Ф.Н. Наукові напрями У статті стисло висвітлено діяльність Інституту проблем кріобіології і кріомедицини Національної академії наук України — першої в колишньому СРСР і в Україні установи такого профілю, наведено основні відомості про характер дії низьких і знижених температур на біологічні об’єкти різних рівнів організації (субклітинного, клітинного й організменого), подано результати науково-дослідних робіт, які дозволяють зробити висновки про оборотність холодового впливу, можливості його модифікаційної дії на біологічні структури, а також ефективність його використання при різних патологічних процесах. 2012 Article Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України / А.М. Гольцев, О.Ф. Дембновецький, В.І. Бойко, Т.М. Дудченко, Ф.Н. Пацюк // Вісн. НАН України. — 2012. — № 8. — С. 54-61. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/37356 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Наукові напрями Наукові напрями
spellingShingle	Наукові напрями Наукові напрями Гольцев, А.М. Дембновецький, О.Ф. Бойко, В.І. Дудченко, Т.М. Пацюк, Ф.Н. Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України Вісник НАН України
description	У статті стисло висвітлено діяльність Інституту проблем кріобіології і кріомедицини Національної академії наук України — першої в колишньому СРСР і в Україні установи такого профілю, наведено основні відомості про характер дії низьких і знижених температур на біологічні об’єкти різних рівнів організації (субклітинного, клітинного й організменого), подано результати науково-дослідних робіт, які дозволяють зробити висновки про оборотність холодового впливу, можливості його модифікаційної дії на біологічні структури, а також ефективність його використання при різних патологічних процесах.
format	Article
author	Гольцев, А.М. Дембновецький, О.Ф. Бойко, В.І. Дудченко, Т.М. Пацюк, Ф.Н.
author_facet	Гольцев, А.М. Дембновецький, О.Ф. Бойко, В.І. Дудченко, Т.М. Пацюк, Ф.Н.
author_sort	Гольцев, А.М.
title	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України
title_short	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України
title_full	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України
title_fullStr	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України
title_full_unstemmed	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України
title_sort	розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в національній академії наук україни
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Наукові напрями
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/37356
citation_txt	Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України / А.М. Гольцев, О.Ф. Дембновецький, В.І. Бойко, Т.М. Дудченко, Ф.Н. Пацюк // Вісн. НАН України. — 2012. — № 8. — С. 54-61. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT golʹcevam rozvitokdoslídženʹzproblemkríobíologíítakríomedicinivnacíonalʹníjakademíínaukukraíni AT dembnovecʹkijof rozvitokdoslídženʹzproblemkríobíologíítakríomedicinivnacíonalʹníjakademíínaukukraíni AT bojkoví rozvitokdoslídženʹzproblemkríobíologíítakríomedicinivnacíonalʹníjakademíínaukukraíni AT dudčenkotm rozvitokdoslídženʹzproblemkríobíologíítakríomedicinivnacíonalʹníjakademíínaukukraíni AT pacûkfn rozvitokdoslídženʹzproblemkríobíologíítakríomedicinivnacíonalʹníjakademíínaukukraíni
first_indexed	2025-07-03T19:05:53Z
last_indexed	2025-07-03T19:05:53Z
_version_	1836653796526129152
fulltext	54 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ У статті стисло висвітлено діяльність Інституту проблем кріобіології і кріомедицини Національної академії наук України — першої в колишньому СРСР і в Україні установи такого профілю, наведено основні відомості про характер дії низьких і знижених температур на біологічні об’єкти різних рівнів організації (субклітинного, клі- тинного й організменого), подано результати науково-дослідних робіт, які дозволяють зробити висновки про обо- ротність холодового впливу, можливості його модифікаційної дії на біологічні структури, а також ефективність його використання при різних патологічних процесах. А.М. ГОЛЬЦЕВ, О.Ф. ДЕМБНОВЕЦЬКИЙ, В.І. БОЙКО, Т.М. ДУДЧЕНКО, Ф.Н. ПАЦЮК РОЗВИТОК ДОСЛІДЖЕНЬ З ПРОБЛЕМ КРІОБІОЛОГІЇ ТА КРІОМЕДИЦИНИ В НАЦІОНАЛЬНІЙ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ Низькі температури здавна використовува- ли для подовження терміну зберігання окре- мих харчових продуктів, зменшення симпто- мів деяких захворювань тощо. Це пояснюва- лося зовнішніми проявами впливу холоду на біологічні об’єкти, однак тривалий час не ви- вчалися механізми його дії на живу матерію. У минулому столітті збільшення масштабів використання людством холоду зумовило по- яву нової наукової фундаментальної дисци- пліни — кріобіології і кріомедицини 1. В Україні дослідження в цьому напрямі було розпочато в 60-х роках ХХ ст. у Фізико- тех нічному інституті низьких температур ім. Б.І. Вєркіна (ФТІНТ) АН УРСР. Особ- ливу увагу було приділено низькотемпера- турному консервуванню біологічних об’єк- тів, зокрема еритромаси. За досягнення в цій галузі колективу авторів (Б.І. Вєркіну, М.С. Пушкарю, М.І. Шраго та ін.) у 1978 р. було присуджено Державну премію СРСР. Початком діяльності Інституту в цьому на- прямі стало вивчення кріобіологічного впли- ву на різні органи і тканини організму люди- 1 Кріо (від грец. сrєоs — холод, мороз, лід) — у склад- них словах вказує на зв’язок з низькою температурою, льодом. ни, визначення принципів будови кріохірур- гічної апаратури, розроблення методів і кріо хірургічної апаратури для стома тології, гінекології, оториноларингології, онкології, дерматології тощо. Було також розроблено системи охолодження харчових продуктів під час транспортування і тривалого зберігання, запропоновано засоби життєзабезпечення підводних робіт за низьких температур. З часом виникла потреба в поглибленому вивченні фахівцями медико-біологічного про- філю біологічних аспектів взаємодії холоду з живою матерією та спрямуванні їхніх зусиль на опрацювання теоретичних підвалин нової науки, а також на вирішення відповідних при- кладних завдань біології, медицини тощо. У Харкові на базі наукових відділів ФТІНТ і Проблемної лабораторії Українського інсти- туту вдосконалення лікарів МОЗ СРСР у 1972 р. було створено перший і єдиний у світі Інститут проблем кріобіології і кріомедици- ни НАН України (ІПКК НАН України), який очолив член-ко рес пондент АН УРСР М.С. Пушкар. У 1983 р. директором було об- рано академіка АН УРСР В.І. Грищенка, за- вдяки чималим зусиллям якого Інститут здо- був світове визнання, а в 2011 р. — академіка НАН України А.М. Гольцева. 55ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ У 1997 р. при Інституті було створено Міжвідомчий науковий центр кріобіології і кріомедицини (згодом він набув статусу Державного підприємства) потрійного під- порядкування (НАН України, АМН Украї- ни та МОЗ України). З 1998 р. при ІПКК НАН України розпочала роботу Міжнарод- на кафедра ЮНЕСКО за участю кріобіоло- гів Великої Британії, Канади, США, Чехії, Ізраїлю, Швеції та Японії, що сприяє фор- муванню творчих зв’язків Інституту з про- відними науковими установами світу. З метою повноцінного довготривалого збе- реження широкого спектра кріоконсервова- них зразків біологічних матеріалів для науко- вих досліджень, промисловості, сільського господарства, медичної практики тощо в ІПКК НАН України було створено низько- тем пературний банк біологічних об’єк тів, який пізніше згідно з Постановою Кабінету Міністрів України набув офіційного статусу наукового об’єкта «Національне надбання України». Крім того, при Інституті функціо- нують ДП «Наукова лабораторія кріочутли- вості і кріорезистентності біологічних об’єк- тів при їх зберіганні в тканинному банку» та СКТБ з дослідним виробництвом (держроз- рахунковий підрозділ для розроблення і впровадження кріобіологічного обладнання в різні галузі народного господарства). В Інституті видаються науково-теоре тич ні журнали «Проблемы криобиологии» і «Меж- дународный медицинский журнал», які роз- повсюджуються в Україні й за кордоном. Така інфраструктура Інституту забезпе- чила сприятливі умови для співробітництва біологів і медиків з математиками, кіберне- тиками, фізиками й біофізиками, механіка- ми, хіміками тощо. Важливість досліджень колективу Інсти- туту підтверджена присудженням Держав- них премій СРСР і України. Президія НАН України ухвалила для Ін- ституту такі наукові напрями: • дослідження механізмів кріоушкоджень, кріо захисту, природної стійкості біологіч- них об’єк тів до холоду та її репарації після дії холоду; • створення ефективних засобів штучно- го кріозахисту біологічних систем різного рівня організації та розроблення на їх основі технологій кріоконсервування біологічних об’єктів і технічних засобів їх реалізації; • застосування гіпотермії, кріотерапії та кріоконсервованих біологічних об’єктів для лікування різних захворювань; • клітинна і тканинна терапія. Після організації ІПКК НАН України було модернізовано методологічну базу кріобіоло- гічних досліджень. Зокрема, отримано дані щодо молекулярних механізмів взаємодії кріо- протекторів з біологічно важливими катіо- нами і білковими молекулами; з’ясовано зако- номірності впливу низьких температур на конформацію каталітичних та інших білків і структурно-функціональний стан біологічних мембран; виявлено зміни гуморальних регу- ляторних систем під час охолодження тканин, а також особливості розвитку клітинного імунітету при застосуванні кріо кон сер во ва- них тканин; фізико-ма те ма тич ними методами було досліджено процеси, що відбуваються під час кріоконсервування клітинних суспен- зій (температурний шок, дегідратація, поза- і внутрішньоклітинна кристалізація тощо). Проведено важливі роботи з одержання ефективних низькотоксичних кріопротекто- рів широкого діапазону дії — було синтезо- вано пентаеритрити та поліетиленоксиди, які не потребують видалення перед клініч- ним використанням (кісткового мозку, ери- троцитів, лейкомаси, лімфоцитів, шкіри, ро- гівки тощо) або кріоконсервуванням інших біооб’єктів. На цій основі розроблено ефек- тивні програми й методи кріоконсервування клітин і тканин з високою збереженістю їх- ніх морфологічних і функціональних влас- тивостей. Такі дослідження тривають і далі, оскільки перелік біооб’єктів і проблем під час їх проведення постійно збільшується. Оновлена методологічна база істотно сприяла розгортанню в межах зазначених напрямів важливих фундаментальних і при- кладних досліджень механізмів, що відбува- ються в біологічних середовищах, клітинах, тканинах, органах, організмах під впливом 56 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ різних режимів охолодження, а також дослі- джень, спрямованих на виявлення кріола- більних і кріостабільних структур для з’я- сування механізмів кріоушкоджень і кріо- протекції біооб’єктів на молекулярному, субклітинному й органотканинному рівнях. Крім того, вивчаються біологічні властивос- ті й антигенна перебудова тканин, консерво- ваних за низьких температур, з метою пошу- ку їх спрямованої мінливості для подолання тканинної несумісності та зниження вто- ринних імунологічних реакцій; ведеться по- шук ефективних кріопротекторів для розро- блення досконаліших технологій і методів кріоконсервування різних біооб’єктів. Особливого успіху вчені досягли в опрацю- ванні наукового напряму «клітинна і тканин- на терапія». Колектив Інституту вперше в Ук- раїні створив імунобіологічні препарати, що мають сертифікати МОЗ України на їх одер- жання та застосування (попередні висновки підтверджують їхні високі лікувальні власти- вості при різних захворюваннях людини). В останні роки набуває розвитку ще один перспективний напрям досліджень — кріобіо- логія відновлення, спрямований на вив чення механізмів репарації біологічних структур та їх- ніх функцій за допомогою низьких температур. Не мають аналогів дослідження з вивчення впливу факторів кріоконсервування на стан геному клітин, особливостей експресії генів самопідтримання, проліферації й диференці- ювання стовбурових 2 кровотворних і стро- мальних елементів, імунокомпетентних клі- тин із різних джерел і стовбурових ракових клітин, а також на генетичний апарат імуно- компетентних клітин після застосування фе- тального матеріалу в умовах «інтактного» організму і при окремих патологіях. Під час опрацювання цих наукових на- прямів було отримано важливі результати як фундаментального, так і прикладного спрямування 3. Розроблено фізико-ма те ма- тич ні підходи до вивчення процесів, що від- буваються в багатокомпонентних середови- щах, які моделюють кріобіологічні системи. Вперше сформульовано й фізично обґрун- товано нову базову математичну модель ен- доцитозу; визначено граничні розміри діа- метра молекул, за яких проникнення крізь мембрани не обмежується розмірами їхніх каналів; установлено співвідношення між транспортними характеристиками клітин- них мембран (ко ефіцієнти фільтрації та про- никності) і коефіцієнтами тертя між окре- мими компонентами для рухомої мембрани довільної форми. Встановлено зв’язок між ступенем кріоза- хисту і токсичністю вживаних хімічних спо- лук залежно від характеру досліджуваних функціональних груп. Розроблено і науково обґрунтовано прин- ципи комплексного оцінювання нативних і кріоконсервованих ембріонів за морфоло- гічними характеристиками, здатністю до поновлення мітозів, швидкістю морфогене- тичних процесів з урахуванням преімплан- таційної генетичної діагностики (їх можна використати як прогностичні критерії ймо- вірності розвитку повноцінних ембріонів у разі їх застосування в допоміжних репро- дуктивних технологіях); уперше в Україні вдалося досягти народження дітей із замо- рожених ембріонів. Запропоновано оригі- нальний метод штучного запліднення жінок кріоконсервованою спермою донора. Проведено порівняльний аналіз впливу ритмічної гіпотермії на процеси природного й індукованого старіння мозку (експеримен- тальна модель) щурів, при цьому виявлено підвищення спрямованості вегетативних ре- акцій і посилення центральних механізмів ре- гуляції (на цій основі розроблено нові методи програмного охолодження організму, які ак- тивізують його регуляторні системи, механіз- ми саногенезу при різних патологіях). З’я- совано, що організм реагує на охолодження не лише системою терморегуляції, а й усіма можливими механізмами адаптації, акти- вуються гіпоталамо-гіпо фі зар но-адреналова, імун на, ендокринна та інші системи. 2 Неспецифічні й недиференційовані клітини ембріо- нів і органів дорослих організмів тварин і людини. 3 Далі наведено окремі приклади досліджень, зафік- сованих в офіційних звітах НАН України. 57ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ Показано, що позитивна дія лікувальних режимів охолодження зумовлена підвищен- ням лабільності регуляторних процесів у цен- тральній нервовій і серцево-судинній систе- мах та стимуляцією прямих і зворотних зв’язків між ними (активація нейротрансмі- терних механізмів гематоенцефа ліч ного ба- р’єру), «розхитуванням» сим па то-па ра сим- патичних переключень з подальшою опти- мізацією центральної та периферійної дії первинних, вторинних і ретроградних месен- джерів, відновленням порушених функ цій, властивостей біоритмів мозку й організму. Встановлено, що екстремальні кріо впливи приводять до періодичної зміни структурно- функціональної активності гематоенцефаліч- ного бар’єру, довгострокової активації синап- тичного апарату нейронів гіпоталамуса, опти- мізації дії ретроградних месенджерів на рівні компартментів цитоплазми, ендотеліоцитів та їх нейрогліального оточення. Усе це забез- печує значну активізацію фізіологічних ре- зервів організму і може бути використане для лікування патологій різного походження. Розроблено біотехнології, що дають мож- ливість тривалий час зберігати різні біо об’єк- ти (компоненти крові, клітини кісткового мозку, клітини й тканини фетопла цен тарного походження, репродуктивний біо ма теріал, зразки рослинного походження, сперму риб і птахів, мікроорганізми та ін.), а також техно- логію отримання препаратів нейрональних фетальних клітин з високою життєздатністю і показано терапевтичний ефект їх застосу- вання при експериментальній гіпоксичній ішемії новонароджених тварин. Виявлено стимуляційну дію перфторану на рухливість сперміїв у людини при гіпотер- мії (додавання його до суспензії сперміїв по- довжує термін їх збереження до 96 годин). Розроблено прогресивний спосіб зберіган- ня і транспортування інфікованих біоматері- алів, мікробних ізолятів від хворих, біоптатів, проб крові (порівняно з аналогами його ви- користання дає змогу запобігти інфікуванню персоналу і забрудненню довкілля в разі роз- герметизації чи порушення цілості контей- нерів під час зберігання та відігрівання). Обґрунтовано нові підходи для спрямова- ної модифікації певного структурно-функ- ціонального стану клітин перед кріоконсер- вуванням для підвищення їхньої стійкості до заморожування-відігрівання і на основі принципу «холодової» стабілізації запропо- новано унікальний метод кріоконсервуван- ня еритроцитів без відмивання під захистом непроникного кріопротектора ПЕО-1500, який підвищує стійкість клітин до заморожу- вання-відігрівання і максимально зберігає їхні струк турно-функ ціо нальні показники. Показано високу ефективність розробленого сахарозовмісного розчину для гіпотермічного зберігання фетальних нервових клітин людини. Установлено, що застосування кріокон- сервованих мезенхімально-мезодермальних клі тин із м’яких тканин ембріона при ліку- ванні опіків значно прискорює темпи ре па- раційно-ре генеративних процесів у тварин. Під час вивчення впливу кріоконсервуван- ня на імунобіологічну активність кісткового мозку вперше було показано, що співтранс- плантація клітин фетальної печінки з алоген- ним кістковим мозком зумовлює істотне зни- ження індукованої ним реакції «трансплантат проти хазяїна». Крім того, було виявлено, що використання цих клітин у щурів прискорює регенерацію печінки, стимулює гемопоетич- ну функцію, нормалізує стан ферментативної антиоксидантної системи печінки і крові, ак- тивує репаративні процеси, що супроводжу- ються нормалізацією біохімічних і біоенерге- тичних показників. При застосуванні на мо- делі тварин з генетично детермінованим раком мишей лінії С3Н «превентивної» тера- пії клітин фетальної печінки було виявлено імунокорегувальний ефект і одночасне зни- ження частоти розвитку пухлин. Встановлено корелятивні зв’язки між мор- фологічними характеристиками і хромосом- ним статусом нативних і кріоконсервованих ембріонів людини. З’ясовано, що ембріони з високим ступенем фрагментації цитоплаз- матичних ділянок характеризуються значним рівнем анеуплоїдій, а після кріоконсерву- вання достовірно зростає кількість ембріонів з такими аномаліями, як поліплоїдія. 58 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ Показано, що введення алогенної кріокон- сервованої плаценти на фоні експерименталь- ного атеросклерозу сприяло швидкій нормалі- зації ліпідного спектра сироватки крові й від- новленню структурно-функ ціо нальної ціліснос- ті ендотелію, що свідчить про гіполіпідемічний і ангіотрофічний ефекти цієї тканини. Досліджено можливість застосування пре- парату клітин хоріона для терапії експери- ментальних термічних опіків і встановлено, що використання цих клітин сприяє рано- загоювальним і протизапальним ефектам (змен шення площі опіку, нормалізація вміс- ту лейкоцитів у крові, відновлення структу- ри шкіри вже на 20-ту добу). Створено фізико-математичну модель елект ропорації клітин, яка, на відміну від наявних, враховує внесок у цей процес віль- ної енергії ізотропного розтягу і зсуву клі- тинної мембрани й пояснює особливості цього явища (малу швидкість заліковуван- ня мембранних пор після дії електричного поля та існування так званого пробою клі- тини). Вперше показано, що швидкість охоло- дження селективно впливає на збереженість і субпопуляційний склад суспензій клітин над- ниркових залоз і сім’яників, у результаті чого створено базу для розроблення способів от- римання зі стероїдопродукувальних залоз клітинних суспензій потрібного складу. Доведено, що введення екстракту кріо- консервованих фрагментів шкіри поросят або селезінки свиней у черевну порожнину щурів змінює пептидний склад екстракту нормальної шкіри, пришвидшує та нормалі- зує процес загоєння холодових травм шкіри у щурів у більш ранні строки. Встановлено можливість отримання фі- бробластів із експлантатів після зберігання в умовах гіпотермії в сироватці крові протя- гом 14 діб. Показано можливість гіпотерміч- ного зберігання суспензії фібробластів у рос- товому середовищі впродовж 72 годин. Виявлено високу антигемолітичну актив- ність хлорпромазину в умовах гіпертер міч- ного гемолізу еритроцитів людини, коня, бика і кроля (при цьому діапазони ефектив- них концентрацій хлорпромазину для різних видів тварин неоднакові). Для потреб експериментальної медицини за- пропоновано способи оцінювання безпеки за- стосування фетальних клітин, визначення іму- ногенності еритроцитів, подов ження функ ціо- нування ендокринних ксеноматеріалів тощо. Отримано систему диференціальних рів- нянь, що описує процеси пасивного масо- перенесення електронейтральної речовини крізь біологічні мембрани і за її допомогою визначено основні параметри, що характери- зують проникність плазматичних мембран низки клітин, побудовано фізико-ма те ма- тичну модель стану поза- і внутрішньоклі- тинних розчинів у суспензії клітин у процесі її кристалізації, яка дає змогу визначити ре- жими охолодження цієї суспензії. Створено експериментальні моделі па- тологічних станів (антифосфоліпідного синд рому, плацентарної недостатності й ате росклерозу), за допомогою яких можна визначати ефективність біологічної дії ви- ще зазначених біо об’єк тів. Винайдено кріозахисні середовища і ство- рено найбільш ефективну програму кріо- консервування для збереження структури та життєздатності біооб’єктів плацентарного по- ходження. Проведено оцінювання ефектив- ності застосування кріоконсервованих про- дуктів фетоплацентарного комплексу в тера- пії аутоімунних захворювань. Розроблено спосіб кріоконсервування суспензій клітин сім’яників для потреб практичної медицини. Знайдено ефективне рішення одного з основних питань кріобіології — усунення ефекту «упакування» під час заморожуван- ня еритроцитів (високий гематокрит) за- вдяки розробленню комбінованих кріокон- сервантів з непроникними і проникними кріо протекторами. Запропоновано методи кількісного оці- нювання адгезійної здатності клітин, які да- ють можливість керувати нею, модифікую- чи хімічні характеристики підкладки та по- верхні клітинних мембран. Результати глибоких фундаментальних досліджень учених Інституту з вивчення 59ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ влас тивостей стовбурових клітин і клітин- по передників дали змогу створити на їхній основі високоефективні тканинні й клітинні препарати. Ці клітини мають унікальну здат- ність відтворювати вихідні ознаки за необ- меженої кількості поділів і високого пролі- феративного потенціалу. Тому вивчення їх диференціювання в соматичні клітини та спря мованого транспортування до ушкодже- них органів і тканин, розроблення для них оптимальних режимів заморожування зі збе- реженням життєздатності та функціональ- ної активності є одним із найважливіших на- прямів сучасної кріобіології і кріомедицини. Фактично дослідження Інституту в цій галу- зі є альтернативою генетичній корекції, ос- кільки формують вагомий науковий потенціал для синтезу субстанцій з біомодуляційною і морфогенетичною здатністю. Зокрема, отри- мано експериментальні дані, які свідчать про здатність деяких режимів кріоконсервування ембріонального мозку змінювати субпопуля- ційний склад у бік переважання nestin-клі тин, що належать до стовбурових елементів нерво- вої тканини; на моделі екс пе ри мен таль ного алергійного енцефаломієліту показано, що вони мають високий терапевтичний ефект при лікуванні нейродегенеративних захворювань аутоімунної природи. В експерименті з кісткового мозку дорос- лих тварин одержано стовбурові клітини, які під впливом спеціальних ростових фак- торів було модифіковано в нейроподібні клітини, а також клітини підшлункової за- лози, які виробляють інсулін (ці клітини можна ефективно використовувати як ауто- матеріал при деяких неврологічних захво- рюваннях, зокрема при епілепсії). Розроблено також методи ізолювання ме- зенхімальних стовбурових клітин та клітин- по передників і стромально-васкулярної фрак- ції клітин з жирової тканини дорослої людини. На моделі ССl4-індукованого цирозу щу- рів установлено, що у віддалені строки після трансплантації дія стовбурових клітин і клітин-попередників, ізольованих з феталь- ної печінки людини, спрямована на підтри- мання функції і стимуляцію репаративних процесів у печінці, а також на відновлення прооксидантно-антиоксидантного балансу. В експериментальній моделі ад’ювантного артриту АА на мишах крім загальновизнаних характеристик установлено факт «специфіч- ного» поводження кровотворної системи в разі патології — змінюється вміст стовбуро- вих CD34+CD38 клітин кісткового мозку. З’ясовано істотні відмінності функціо- нальних характеристик стовбурових крово- творних та мезенхімальних клітин кістково- го мозку здорових тварин і тварин з екс- периментальним ад’ювантним артритом, а також чутливості цих клітин до факторів кріоконсервування. Розроблено метод кріоконсервування клі- тин хоріона, що дає можливість одержувати препарат з високим показником життєздат- ності й цілістю стовбурових клітин. Ви вчено вплив біологічно активних речовин та умов культивування на проліферативні властиво- сті стовбурових клітин і клітин-по пе ред ни- ків із тканин дорослої людини. Встановлено, що клітини фетальної пе- чінки пізніх термінів гестації після кріокон- сервування набувають високого ступеня експресії генів проліферації й диференціа- ції клітин стовбурового компартменту, що може підвищувати їхню терапевтичну ефек- тивність завдяки стимуляції гемопоезу ре- ципієнтів і пулу Т-регуляторних клітин для зниження прояву хвороби «трансплантат проти хазяїна». На моделі гострої реакції «трансплантат про- ти хазяїна» виявлено зниження в реципієнтів вмісту стовбурових кровотворних і мезенхі- мальних клітин, а також зниження кількості Т-регуляторних клітин і корегувальну дію щодо цих показників клітин фетальної печінки. Вивчено стан компартменту стовбурових і клітин Т-регуляторної ланки імунітету на молекулярно-генетичному рівні в реципієнтів з аутоімунними захворюваннями і з’я со вано ме- ханізми корегувального впливу кріоконсерво- ваних продуктів фетоплацентарного комплексу при лікуванні патологій аутоімунної генези. Розширено уявлення про механізми розви- тку аутоімунних конфліктів на клітинному й 60 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ молекулярному рівнях і обґрунтовано до- цільність спрямованого підвищення ефектив- ності лікування хвороби «трансплантат про- ти хазяїна» котрансплантацією гістонесуміс- ного кісткового мозку і клітин фетальної печінки. Досліджено проліферативні властивості стовбурових клітин і клітин-попередників людини та створено інформативний і від- новлювальний метод оцінювання проліфе- рації клітин людини in vitro для визначення життєздатності свіжоізольованих і кріокон- сервованих клітин. Вперше продемонстровано можливість взаємодії наночастинок ортованадату з пух- линними клітинами (АКЕ) з метою таргет- ного маркування і запропоновано відповідні методичні рекомендації. Вивчено механізми впливу нанокомпозит- них покриттів на основі оксидних нанокрис- талічних шарів з різною мікроархітектонікою на регуляцію функціонального статусу ме- зенхімальних стовбурових клітин (МСК). Встановлено здатність деяких оксидних по- криттів селективно збагачувати культури кісткового мозку клітинами, що експресують маркери МСК, а також підвищувати ступінь експресії в них гена ido, що дає можливість подальшого їх застосування в біомедицині. Доведено можливість використання зазначе- них клітин зі зміненими властивостями під впливом нанопокриття AL2O3 для лікування хвороби «трансплантат проти хазяїна». У результаті експериментальних досліджень учені Інституту встановили важливий факт, що альтернативним джерелом гемопоетичних стовбурових клітин може бути кордова кров, оскільки вона має велику кількість еритроци- тів стовбурових клітин і різних біологічно ак- тивних речовин. Це збільшує ресурсний по- тенціал для отримання стовбурових клітин та їх попередників і розширює діапазон лікуваль- них можливостей кріомедицини. На базі набутого досвіду створення мето- дів кріоконсервування біооб’єктів без від- мивання розроблено і захищено патентами України ефективні методи виділення і кріо- консервування ядровмісних клітин кордової крові зі збереженням їхнього кількісного складу та структурно-функціональної по- вноцінності. Зокрема, запропоновано спосіб кріоконсервування цільної кордової крові, який забезпечує схоронність усіх компонен- тів, у тому числі стовбурових гемопоетичних клітин (зі збереженням до 85% CD45+ клі- тин і до 98% CD34+ клітин), і структурних властивостей ядровмісних клітин кордової крові на високому рівні, необхідному для проведення відповідних наукових дослі- джень і практичного клінічного застосуван- ня. Крім того, виявлено повне збереження у препараті цільної кордової крові біологічно активних речовин її плазми після кріокон- сервування. В експериментах на білих мишах і мор- ських свинках показано відсутність аномаль- ної токсичності кріоконсервованої сироват- ки кордової крові людини (встановлено, що вона не чинить токсичної дії на морфофунк- ціональні показники різних клітин і тканин кролів в експериментах in vivo). Визначено найприйнятніші строки гіпо- термічного зберігання ядерних клітин кор- дової крові й показано, що оптимальним кріо- протектором для цих клітин є димексид у 7% концентрації, а оптимальним кріоконсерван- том — білковий розчин. Виявлено ранозагоювальну дію сироватки кордової крові завдяки прискоренню загоєн- ня опікових ран і нормалізації рівня загально- го білка крові, концентрації гемоглобіну та кількості еритроцитів. Вперше в плазмі та лейкомасі кордової крові було визначено біл- кові фракції з противірусною активністю. З’ясовано, що поєднане використання екс- тремальних кріовпливів і препаратів кордо- вої крові у щурів з хронічною алкогольною інтоксикацією сприяє вирівнюванню вегета- тивних складових у регуляції артеріального тиску й корекції мікроциркуляції, поруше- ної лейкоцитарною адгезією дрібних судин. Особливого значення набувають дослі- дження, спрямовані на створення першого в Україні кріобанку донорської пуповинної крові й обґрунтування можливостей засто- сування її як генетичного аутоматеріалу (на 61ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2012, № 8 НАУКОВІ НАПРЯМИ думку зарубіжних фахівців, це є альтернати- вою трансплантації кісткового мозку). Крім досліджень у галузі медицини вчені Інституту приділяють належну увагу й ін- шим аспектам. Так, упродовж останніх років проведено фундаментальні та прикладні до- слідження з вивчення дії низьких температур і різних класів сполук на рослини в період ак- тивної життєдіяльності з метою підвищення їхньої стійкості до екстремальних природних факторів (заморозки, посуха тощо). Це дало змогу обґрунтувати доцільність використан- ня на практиці розроблених кріопротекторів з низькою токсичністю (вони є фармакопей- ними препаратами в Україні, США, Німеч- чині та Японії). Зокрема, створено комплек- сні синтетичні препарати Дорсай, Марс та Юпітер з унікальними властивостями кріо- протектора, регулятора росту, протруйника, адаптогену, фунгіциду. Препарати належать до IV класу безпеки, екологічно безпечні, не- шкідливі для людини, тварин і ґрунту; анало- гів їх у світі немає, а конкурентна перевага порівняно з наявними адаптогенами або ре- гуляторами росту та протруйниками полягає в комплексній дії, значно вищій ефективнос- ті, нетоксичності та меншій вартості. Запропоновано спосіб кріоконсервування методом вітрифікації меристем часнику сор- ту Мереф’янський білий з використанням попереднього спеціального загартування і повільного охолодження в комбінованих кріозахисних середовищах. Цей спосіб має певні переваги перед традиційним — він по- требує менших матеріальних та енергетич- них витрат і є основою для розроблення згід- но зі світовими стандартами технологій збе- рігання генетичних колекцій інших рослин, що розмножуються вегетативно. В інтересах рибництва розроблено простий метод виявлення геномних кріоушкоджень риб. Уперше в Україні кріоконсервовано сперму осе- трових і коропових із застосуванням кріосумі- шей та отримано молодь окуневих риб після запліднення кріоконсервованою спермою. Дослідження механізмів холодової адап- тації у прісноводних риб показало, що в ста- ні зимового спокою в карасів Carassius caras- sius знижується активність ферменту лак- татдегідрогенази в червоних і білих м’я зах, а також у тканині мозку, що свідчить про пере- важання анаеробного шляху метаболізму. Під час вивчення якості сперми коропів, отриманої до і після гормональної стимуля- ції, було встановлено часткове ушкодження мембран у бік збільшення проникності мемб- ран сперміїв, що має велике значення для ро- зуміння механізмів їх кріоушкоджень і від- повідного вдосконалення методів кріокон- сервування сперми коропів та поліпшення технологій отримання мальків. Уперше в Україні розроблено методи кріо- консервування прісноводних видів риб — об’єктів аквакультури (лина та сома євро- пейського) і морського виду трьохперки чор ноголової, яка занесена до Червоної кни- ги України. Крім вищевикладених тривають дослі- дження і в інших актуальних, важливих на- прямах теоретичної і практичної кріобіології та кріомедицини. Науковці Інституту і в по- дальшому зосереджуватимуть свої зусилля на глибокому вивченні стовбурових клітин, їхніх попередників, компонентів кордової крові, молекулярно-ге нетичних механізмів регулювання підтримання і збереження їхніх властивостей (зокрема, самооновлення, здат- ність до диференціювання в різних напря- мах), удосконаленні надійних методів їх три- валого зберігання, а також отриманні на їх основі лікарських засобів і розширенні пере- ліку захворювань, які можна лікувати з вико- ристанням таких клітин. Більшість досліджень здійснюються на світовому рівні і спрямовані на істотне оздо- ровлення населення, підвищення фізичної та розумової працездатності людей, а також уповільнення процесів старіння організму. Досягнення кріобіологів посіли гідне місце у світовій науці і здобули широке визнання вітчизняних та зарубіжних учених. Нині Інститут кріобіології і кріомедици- ни НАН України є одним із провідних нау- кових центрів світу з фундаментальних і прикладних проблем кріобіології та кріоме- дицини.

Розвиток досліджень з проблем кріобіології та кріомедицини в Національній академії наук України

Репозитарії

Схожі ресурси