Лаборатория физико-химических методов исследования

О Центре

Структура

Институт экспериментальной кардиологии им. ак. В.Н. Смирнова

Лаборатория образована в 1981 году.

Направления научной деятельности

изучение энергетического метаболизма клеток сердечной мышцы в условиях гипоксии/реоксигенации и окислительного стресса;
выяснение роли активных форм кислорода, оксида азота и физиологически значимых комплексов оксида азота в прооксидантных и антиоксидантных процессах в клетках миокарда;
исследование структурных характеристик и физико-химических свойств фармакологически активных соединений, модельных и биологических мембран.

Руководитель и сотрудники Лаборатории имеют большой опыт изучения энергетического метаболизма, антиоксидантных и прооксидантных процессов в клетках сердечно-сосудистой системы, проводимых с помощью методов магнитной радиоспектроскопии, оптической спектроскопии, различных биохимических и физиологических методов. Их исследования внесли значительный вклад в выяснение роли свободных радикалов и парамагнитных комплексов металлов в биологических системах.

• С помощью электронного парамагнитного резонанса-спектроскопии спиновых ловушек и электронного парамагнитного резонанса-оксиметрии были выявлены основные закономерности генерации супероксидных радикалов в комплексе III митохондрий сердца (Ruuge et al., Am. J. Physiol., 1991, 261: S81-86; Ruuge et al., Mol. Aspects Med., 1997, 18: S41-50; Коркина и Рууге, Биофизика, 2000, 45: 695-699; Свиряева и Рууге, Биофизика, 2006, 52: 1054-1059).
• Успешно проведено исследование закономерностей генерации супероксидных радикалов митохондриями сердца при разных значениях парциального давления кислорода в условиях гипоксии и последующей реоксигенации (Свиряева и др., 2010; Дудылина и др., Биофизика, 2016, 61: 304-309).
• Накоплен существенный опыт по изучению коэнзима Q и железо-серных центров как электронных переносчиков в клетках сердечно-сосудистой системы (Ruuge et al., Am. J. Physiol., 1991, 261: S81-86; Рууге и др., Биофизика, 1997, 42: 1240-1246; Ruuge et al., Mol. Aspects Med., 1997, 18: S41-50).
• Проведено детальное исследование антиоксидантных и прооксидантных свойств оксида азота и динитрозильных комплексов железа, взаимодействия оксида азота с супероксидными радикалами (Шумаев и др., Биофизика, 2006, 51: 472-477; Гудков и др., Биофизика,2007, 52: 503-509; Shumaev et al., Nitric Oxide, 2008, 18: 37-46; Шумаев и др., Биофизика, 2010, 55: 460-466).
• Изучено взаимодействие ферритина – основного депо железа в клетке – с активными формами кислорода и азота (Шумаев и др., Биофизика, 2003, 48: 5-10; Заббарова и др., Биофизика, 2004, 49: 659-665; Ruuge et al., Current Topics in Biophysics, 2005, 29:37-45). 51: 472-477; Гудков и др., Биофизика,2007, 52: 503-509; Shumaev et al., Nitric Oxide, 2008, 18: 37-46; Шумаев и др., Биофизика, 2010, 55: 460-466).
• Изучено взаимодействие ферритина – основного депо железа в клетке – с активными формами кислорода и азота (Шумаев и др., Биофизика, 2003, 48: 5-10; Заббарова и др., Биофизика, 2004, 49: 659-665; Ruuge et al., Current Topics in Biophysics, 2005, 29:37-45).

В настоящее время предметом исследования является потенциал динитрозильных комплексов железа, как терапевтического средства, изучение процессов образования и разрушения динитрозильных комплексов железа с различными лигандами в модельных системах и биологических образцах, механизмов гипотензивного действия этих соединений, их взаимодействия с активными формами кислорода и азота, а также роль динитрозильных комплексов железа в качестве доноров оксида азота и нитрозония в клетках и тканях организма. На основе динитрозильных комплексов железа с тиол- содержащими лигандами, такими как глутатион и ацетилцистеин, разрабатываются новые лекарственные препараты для регуляции артериального давления, заживления ран и ожогов. Следует отметить, что эти препараты, например, «Оксаком» обладают также антиоксидантными и цитопротекторными свойствами. Особый научный интерес представляет двойственное действие оксида азота и его производных, которые могут быть как прооксидантными, так и антиоксидантными агентами. В ходе формирования динитрозильных комплексов железа связываются ионы «свободного» железа, тем самым предотвращается прооксидантное действие последних. Использование природных хелаторов железа вместе с динитрозильными комплексами железа позволит регулировать NO-донорные свойства этих комплексов в биологических системах. Проведённые в Лаборатории исследования показали, что такие природные формы депонирования оксида азота, как динитрозильные комплексы железа с амфифильным лигандом на основе N-ацетил-L-цистеина, могут быть использованы для трансдермального, сублингвального и ингаляционного введения в организм. Разработан и оптимизирован синтез комплексов динитрозильных комплексов железа с амфифильным лигандом в лабораторных условиях, методика количественной идентификации этих комплексов в биологических жидкостях и тканях методом электронного парамагнитного резонанса, разрабатываются методики стабилизации этих комплексов в условиях длительного хранения препарата с использованием свободного N-ацетил-L-цистеина, глицерина и различных антиоксидантных добавок. Флавоноиды и другие антиоксиданты (-токоферол, коэнзим Q и аскорбат), перехватывая свободные радикалы, могут стабилизировать препараты динитрозильных комплексов железа при хранении.

Показано, что в результате трансдермального введения динитрозильных комплексов железа с амфифильным лигандом инициируется транслокация стабилизированных форм оксида азота через кожный покров в организм, в результате чего регистрируется существенное увеличение общего уровня оксида азота в ткани лёгких и печени животного. Установлено, что в случае сублингвального введения этого препарата наблюдалось достоверное увеличение общего уровня оксида азота в ткани сердца и печени, причём наиболее существенный эффект установлен для печени животного. Предварительные результаты показывают образование связанных с белками динитрозильных комплексов железа в легких животного в результате ингаляционного введения динитрозильных комплексов железа с амфифильным лигандом.

СПИСОК НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ЛАБОРАТОРИИ

Pisarenko O.I., Lankin V.Z., Konovalova G.G., Serebryakova L.I., Shulzhenko V.S., Timoshin А.А., Tskitishvili O.V., Pelogeykina Yu.A., Studneva I.M. Apelin-12 and its structural analogue enhance antioxidant defence in experimental myocardial ischemia and reperfusion. // Molecular and Cellular Biochemistry. 2014. – V.391, № 1-2. – P. 241-250.
Pisarenko O., Shulzhenko V., Studneva I., Pelogeykina Yu., Timoshin А., Anesia R., Valet P., Parini A., Kunduzova O. Structural apelin analogues: mitochondrial ROS inhibition and cardiometabolic protection in myocardial ischaemia reperfusion injury. // British Journal of Pharmacology. 2015. – V.172. – P. 2933-2945.
Тимошин А.А., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Рууге Э.К., Ванин А.Ф. Влияние динитрозильных комплексов железа на уровень NO в ткани органов крыс в условиях эндотоксического шока. // Доклады Академии Наук (Раздел – Биофизика). 2015. – Т.462, № 2. – С. 241-244.
Timoshin A.A., Lakomkin V.L., Abramov A.A., Ruuge E.K., Kapel’ko V.I., Chazov E.I., Vanin A.F. The hypotensive effect of the nitric monoxide donor Oxacom at different routs of its administration to experimental animals. // European Journal of Pharmacology. 2015. – V.765. – P. 525-532.
Ванин А.Ф., Островская Л.А., Корман Д.Б., Кубрина Л.Н., Бородулин Р.Р., Фомина М.М., Блюхтерова Н.В., Рыкова В.А., Тимошин А.А. Противоопухолевая активность препаратов динитрозильных комплексов железа с глутатионом и S-нитрозоглутатиона: сравнительное изучение. // Биофизика. 2015. – Т.60, № 6. – С.1157-1165.
Пелогейкина Ю.А., Шульженко В.С., Студнева И.М., Веселова О.М., Павлович Е.Р., Просвирнин А.В., Тимошин А.А., Палькеева М.Е., Молокоедов А.С., Азьмуко А.А., Овчинников М.В., Сидорова М.В., Писаренко О.И. Терапевтический потенциал структурных аналогов пептида апелина-12 при интраоперационной защите миокарда. // Кардиологический вестник. 2015. – Т.X, № 4. – С. 16-26.
A.Y. Chapchaev, O.A. Kazakova, M.V. Samsonov, M.V.Sidorova, V.N.Bushuev, E.L. Vilitkevich, A.A. Azmuko, A.S. Molokoedov, Z.D. Bespalova, Vladimir P. Shirinsky. Design of peptidase-resistant peptide inhibitors of myosin light chain kinase //J. Pept. Sci. 2016, vol. 22, p. 673-681
Максименко А.В., Ваваева А.В., Звягинцева М.А., Абрамов А.А., Тимошин А.А., Ваваев А.В., Лакомкин В.Л. Показатели защитного действия биферментного конъюгата супероксиддисмутаза-хондроитинсульфат-каталаза после его лечебного введения при эндотоксическом шоке. // Биомедицинская химия. 2016. – Т.62, № 3. – С. 295-301.
Тимошин А.А., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Рууге Э.К., Ванин А.Ф. Гипотензивное действие и накопление в крови и ткани органов крыс динитрозильных комплексов железа при их внутривенном и подкожном введении. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2016. – Т.162, № 8. – С. 169-172.
Абрамов А.А., Лакомкин В.Л., Тимошин А.А., Лукошкова Е.В., Ермишкин В.В., Капелько В.И. Действие Оксакома на давление в правом желудочке у крыс с лёгочной артериальной гипертензией, индуцированной монокроталином. // Артериальная гипертензия. 2017. – Т.23, № 5. – С. 412-420.
Тимошин А.А., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Ванин А.Ф., Рууге Э.К. Исследование биологического действия динитрозильных комплексов железа с глутатионом в условиях гиперпродукции NO, вызванной эндотоксическим шоком. // Биофизика. 2019. – Т.64, № 1. – С. 108-114.
Eng. Timoshin A.A., Lakomkin V.L., Abramov A.A., Vanin A.F., Ruuge E.K The biological effect of dinitrosyl iron complexes with glutathione upon nitric oxide hyperproduction induced by endotoxin shock. // Biophysics, 2019. – V.64, №1. – P.89-94.
Тимошин А.А., Лакомкин В.Л., Рууге Э.К. Влияние динитрозильных комплексов железа на физико-химические характеристики компонентов крови крыс. // Биофизика, 2019. - Т.64, №3. – С.494-499.
Eng. Timoshin A.A., Lakomkin V.L., Ruuge E.K. The influence of dinitrosyl iron complexes on the physicochemical characteristics of rat blood components. // Biophysics, 2019. – V.64, №3. – P.381-386.
Pisarenko O., Studneva I., Timoshin A., Veselova O. Protective efficacy of dinitrosyl iron complexes with reduced glutathione in cardioplegia and reperfusion. // Pflugers Archiv – European Journal of Physiology. 2019. – V.471, № 4. – P.583-593. doi 10.1007/s00424-018-02251-2.
Капелько В.И., Лакомкин В.Л., Тимошин А.А., Родненков О.В., Зорин А.В., Абрамов А.А., Лукошкова Е.В., Ермишкин В.В., Грамович В.В., Выборов О.Н., Драгнев А.Г., Арзамасцев Е.В., Ванин А.Ф. Применение природного донора оксида азота в кардиологии. // Кардиологический вестник. 2019. – Т. 14, №2. – С.26-35.
Тимошин А.А., Шумаев К.Б., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Рууге Э.К. Исследование методом электронного парамагнитного резонанса транслокации стабилизированных форм NO через кожный покров крыс. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2020. – Т.170, № 9.- С. 290-295.
. Eng. Timoshin A.A., Shumaev K.B., Lakomkin V.L., Abramov A.A., Ruuge E.K. Study of translocation of stabilized NO forms through rat skin using electron paramagnetic resonance method. // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2021. – Vol. 170, No. 3. – P. 303–307.
Ванин А.Ф., Пекшев А.В., Вагапов А.Б., Шарапов Н.А., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Тимошин А.А., Капелько В.И. Газообразный оксид азота и динитрозильные комплексы с тиолсодержащими лигандами как предполагаемые лекарственные средства, способные купировать COVID-19. // Биофизика. 2021. –Т. 66, № 1. – С. 183–194.
Eng. Vanin A.F., Pekshnev A.V., Vagapov A.B., Sharapov N.A., Lakomkin V.L., Abramov A.A., Timoshin A.A., Kapelko V.I. Gaseous nitric oxide and dinitrosyl iron complexes with thiol-containing ligands as potential medicines that can relieve COVID-19. // Biophysics (Oxf.). 2021. – Vol. 66, No 1. – P. 155-163.
Шумаев К.Б., Космачевская О.В., Грачев Д.И., Тимошин А.А., Топунов А.Ф., Ланкин В.З., Рууге Э.К. Возможный механизм антиоксидантного действия динитрозильных комплексов железа. // Биомедицинская химия. 2021. – Т. 67, № 2. – С. 162-168.
Eng. Shumaev K.B., Kosmachevskaya O.V., Grachev D.I., Timoshin A.A., Topunov A.F., Lankin V.Z., Ruuge E.K. Possible mechanism of the antioxidant action of dinitrosyl iron complexes. // Biomed Chim. 2021. – Vol. 67, No 2. – P. 162-168. doi: 10.18097/PBMC20216702162.
Писаренко О.И., Студнева И.М., Серебрякова Л.И., Тимошин А.А., Коновалова Г.Г., Ланкин В.З., Тихазе А.К., Веселова О.М., Доброхотов И.В., Любимов Р.О., Сидорова М.В., Палькеева М.Е., Молокоедов А.С. Антиоксидантные свойства Галанина и его N-концевых фрагментов при моделировании окислительного стресса in vitro и in vivo. // Биохимия. 2021. – Т. 86, № 4. – С. 584-594.
Eng. Pisarenko O.I., Studneva I.M., Serebryakova L.I., Timoshin A.A., Konovalova G.G., Lankin V.Z., Tihaze A.K., Veselova O.M., Dobrokhotov I,V., Lyubimov R.O., Sidorova M.V., Palkeeva M.E., Molokoedov A.S. Antioxidant properties of Galanin and its N-terminal fragments in in vitro and in vivo. // Biochemistry (Moscow). 2021. – Vol. 86, No 4. – P. 496-505.
Serebryakova L., Studneva I., Timoshin A., Veselova O., Pal’keeva M., Ovchinnikov M., Az’muko A., Molokoedov A., Sidorova M., Pisarenko O. Galanin peptides alleviate myocardial ischemia/reperfusion injury by reducing reactive oxygen species formation. // International Journal of Peptide Research and Therapeutics. 2021. – Vol. 27. – P. 2039-2048.
Тимошин А.А., Шумаев К.Б., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Рууге Э.К. Действие динитрозильных комплексов железа с лигандом на основе N-ацетил-L-цистеина при сублингвальном введении этих комплексов в организм крыс. // Биофизика. 2022. – Т. 67, № 3. – С. 581-586.
Eng. Timoshin A.A., Shumaev K.B., Lakomkin V.L., Abramov A.A., Ruuge E.K. The effect of dinitrosyl iron complexes with a ligand based on N-acetyl-L-cysteine under sublingual introduction of these complexes into the rat body. // Biophysics. 2022. – Vol. 67, No 3. – P. 461-465.
Серебрякова Л.И., Студнева И.М., Веселова О.М., Доброхотов И.В., Коновалова Г.Г., Тимошин А.А., Абрамов А.А., Авдеев Д.В., Сидорова М.В., Ланкин В.З., Писаренко О.И. Противоишемическая и антиоксидантная активность фармакологического агониста рецептора галанина GalR2 и карнозина в модельных системах in vitro и in vivo. // Биомедицинская химия. 2022. – Т. 68, № 3. – С. 190-200.
Eng. Serebryakova L.I., Studneva I.M., Veselova O.M., Dobrokhotov I.V., Konovalova G.G., Timoshin A.A., Abramov A.A., Avdeev D.V., Sidorova M.V., Lankin V.Z., Pisarenko O.I. Anti-ischemic and antioxidant activity of the pharmacological agonist of galanin receptor Gal R2 and carnosine in in vitro and in vivo model systems. // Biochemistry (Moscow) Supplement. Series B: Biomedical Chemistry. 2022. – Vol. 16, No 4. – P. 340-352. doi: 10.1134/S1990750822040072.
Тимошин А.А., Лакомкин В.Л., Абрамов А.А., Рууге Э.К. Исследование образования короткоживущих активных форм кислорода в гомогенате сердца крысы методом электронного парамагнитного резонанса. // Биофизика. 2023. – Т. 68, № 1. – С. 108-111.
Eng. Timoshin A.A., Lakomkin V.L., Abramov A.A., Ruuge E.K. EPR study of generation of short-lived reactive oxygen species in rat heart homogenate. // Biophysics. 2023. – Vol. 68, No 1. – P. 87-89. doi: 10.1134/S0006350923010165.
Pisarenko O.I., Studneva I.M., Serebryakova L.I., Konovalova G.G., Lankin V.Z., Veselova O.M., Dobrokhotov I.V., Timoshin A.A., Abramov A.A., Avdeev D.V., Sidorova M.V. Postconditioning efficacy of natural carnosine and a carnosine-containing galanin receptor agonist in myocardial ischemia/reperfusion injury. //Austin Journal of Pharmacology and Therapeutics. 2023. – Vol. 11, No 1. – P. 1169. doi: 10.26420/austinjpharmacolther.2023.1169.

Руководитель Лаборатории физико-химических методов исследования – Рууге Энно Куставич, главный научный сотрудник, профессор, доктор физико-математических наук

Сотрудники Лаборатории

Тимошин Александр Анатольевич, ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук
Бушуев Валерий Николаевич, ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук
Иванова Марина Валентиновна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Контакты

Телефон: 8-495-414-67-52

Электронная почта: ruuge@mail.ru