Лаборатория биофизики возбудимых систем

Лаборатория биофизики возбудимых систем была создана в МФТИ в конце 2010 года по программе Мегагрантов Правительства РФ (http://www.p220.ru). Основными целями лаборатории являются исследования возбудимых биологических тканей, таких, как сердечная ткань. В лаборатории развиваются методы оптического картирования биологических тканей и тканевой инженерии. Работа лаборатории фокусируется на биофизическом исследовании сердечных аритмий.

Возможности лаборатории

  • культура сердечной ткани;
  • оптическое картирование возбудимости сердечной ткани;
  • исследование образцов методами конфокальной, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии;
  • создание структурированных волоконных подложек и матриксов при помощи электроспиннинга;
  • электрофизиологические измерения при помощи метода пэтч-кламп;
  • численное моделирование с использованием графических процессоров

Сотрудники

Агладзе Константин Игоревич

— заведующий лабораторией, выпускник МФТИ 1978 года, кандидат физико-математических наук (1983). Долгое время работал в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Московская область, г. Пущино). Начиная с 2000 года работает за границей — в ведущих научно-исследовательских центрах США и Японии (Florida State University, USA; University of North Texas Health Science Center, USA; Emory University School of Medicine, Atlanta, USA; George Washington University, USA; Kyoto University, Japan). С 2008 года в должности профессора возглавляет лабораторию в Institute for Integrated Cell-Material Sciences (Kyoto University, Japan). Основные научные труды К. И. Агладзе посвящены биофизике возбудимых сред, теоретическому и экспериментальному обоснованию низковольтной дефибрилляции. В своих работах К. И. Агладзе одним из первых использовал реакцию Белоусова-Жаботинского в качестве «химического компьютера» и показал, что волновая среда может использоваться для обработки изображений и решения задач оптимизации. Также К. И. Агладзе возглавляет научную лабораторию «Наноконструирование мембранно-белковых комплексов для контроля физиологии клетки» МФТИ, главным направлением исследований которой является тканевая инженерия сердца. Один из победителей первого конкурса мегагрантов Правительства РФ 2010 года. Автор более 80 научных работ, опубликованных в том числе в Nature и Science.

ФИО Учённая степень, учённое звание Дожность
Агладзе Константин Игоревич к.ф.-м.н., профессор заведующий лабораторией
Панфилов Александр Викторович к.ф.-м.н. ведущий научный сотрудник
Агладзе Надежда Николаевна к.б.н. ведущий научный сотрудник
Гурия Константи Георгиевич к.ф.-м.н. старший научный сотрудник
Гайко Ольга Николаевна Ph.D старший научный сотрудник
Ерофеев Иван Станиславович аспирант младший научный сотрудник
Фролова Шейда Рауф кызы аспирант младший научный сотрудник
Крашенинникова Анна Владимировна соискатель младший научный сотрудник
Кудряшова Нина Николаевна студент инженер
Цвелая Валерия Александровна студент инженер
Горбунов Василий Сергеевич студент инженер
Балашов Виктор Андреевич студент инженер
Качалов Вячеслав Николаевич студент инженер
Кузнецов Филипп Владимирович студент инженер
Низамиева Айгуль Альфредовна студент инженер
Егоров Александр Викторович инженер
Егорова Ирина Александровна

Проекты в работе

Работа лаборатории ведется по трем основным направлениям:


  • Первое, это экспериментальное исследование фундаментальных механизмов возникновения специфических источников тахиаритмий — вращающихся волн возбуждения («реентри»). В качестве экспериментальной модели для этого выбрана культивируемая сердечная ткань, которой методами тканевой инженерии придается необходимая для исследования архитектура. В настоящее время, исходным материалом для успешно создаваемых лоскутов сердечной ткани служат клетки новорожденных крысят, в то же время, развиваются методы получения путем перепрограммирования, пригодных для создания тканево-инженерых лоскутов, человеческих сердечных клеток. Развитие этих работ ведет к пониманию того, как определенные особенности структуры сердечной ткани могут провоцировать нарушения нормального проведения возбуждения в сердце, во многих случаях приводя к летальным аритмиям. Логическим следствием этих исследований является подход к созданию тканево-инженерной платформы для тестирования антиаритмических препаратов и кардиотоксичности.
  • Вторым направлением является компьютерное моделирование процессов распространения возбуждения в сердечной ткани, с акцентом на создание моделей, описывающих критические режимы проведения. Сочетание экспериментальных данных и компьютерного моделирования позволяет с высокой степенью вероятности определять клеточные ионные каналы, являющиеся ответственными за нарушения в распространении волн возбуждения в сердечной ткани с заданной архитектурой. В свою очередь, это дает возможность резко сузить класс потенциально эффективных антиаритмических препаратов.
  • Третьим направлением является развитие методов фотоконтроля сердечной ткани, фокусирующееся на синтезе функциональных аналогов азотаба (вещества, открытого в качестве фотосенсибилизатора возбудимых тканей в лаборатории К.И. Агладзе в Японии) и обладающих следующими свойствами: 1) у которых цис-изомер являлся бы более стабильным, чем транс-изомер, 2) обладающих пониженной цитотоксичностью (стильбеновые аналоги), 3) Синтез производных азотаба и с-таба с увеличенной селективностью действия по отношению к ионным каналам определенного типа. Развитие этих работ в перспективе может позволить разработку метода фотоаблации паразитных источников и путей возбуждения в сердце, наносящего значительно меньшие повреждения сердцу, нежели применяемый в настоящее время способ радиоаблации.

Достижения лаборатории

  • Мегагрант Правительства РФ № 11.G34.31.0015 (http://www.p220.ru/);
  • Лаборатория получила поддержку в рамках инициативы «50 лабораторий» по программе «5топ100» (http://5top100.ru);
  • Премия «Сделано в России» в номинации «Наука» в 2013 году (проф. К.И. Агладзе) http://snob.ru/selected/entry/66287.

Участие сотрудников в конференциях (начиная с 2011 года)

Доклады на научных конференциях (2014 год):


  1. “Instabilities and Control of Excitable Networks. Focus on: Cardiac Biophysics and General Aspects of Excitable Media Self-organization”, Dolgoprudny (Russia), May 28-30, 2014. http://icenet2014.net
    • Arrhythmia modeling in tissue culture (K.I. Agladze);
    • Applications of photo-controlled cardiac tissue (I.S. Erofeev, N.N. Kudryashova, K.I. Agladze);
    • Study of azobenzene trimethylammonium bromide interaction with voltage-gated ion channels of adult rat cardiomyocytes (Sh.R. Frolova, O.Yu. Pimenov, Yu.M. Kokoz, K.I. Agladze);
    • Ultrasonic investigation of blood coagulation and fibrinolysis (K.G. Guria, Sh.N. Dzhumaeva, D.A. Ivlev, S.G. Uzlova, G.Th. Guria);
    • Formation of functional syncytium from the cardiomyocytes of different origin studied by co-culture method (O.V. Halaidych, V.A. Tsvelaya, N.N. Agladze, K.I. Agladze);
    • Arrhythmogenic role of the border between areas of cardiac cells alignment (N.N. Kudryashova, Yu.V. Orlova, L.V. Selina, K.I. Agladze);
    • Studying of excitation wave propagation in patterned cardiac tissue (A.S. Teplenin, Yu.V. Orlova, K.I. Agladze);
    • Spidroin nanofibers as a tool for cardiac tissue engineering (A.V. Krasheninnikova, A.S. Teplenin, N.N. Agladze, K.I. Agladze).
  2. International Conference “Cardiac Growth and Regeneration”, Viterbo (Italy), June 22-25, 2014. http://www.cardiacconference.org/scientific-program/
    • Study of azobenzene trimethylammonium bromide interaction with voltage-gated ion channels of adult rat cardiomyocytes (Sh.R. Frolova, O.Y. Pimenov, Y.M. Kokoz, K.I. Agladze);
    • Applications of photo-controlled cardiac tissue (I.S. Erofeev, N.N. Kudryashova, K.I. Agladze);
    • Arrhythmogenic role of the border between areas of cardiac cells alignment (N.N. Kudryashova, Yu.V. Orlova, L.V. Selina, K.I. Agladze);
    • Formation of functional syncytium from the cardiomyocytes of different origin studied by co-culture method (O.V. Halaidych, V.A. Tsvelaya, N.N. Agladze, K.I. Agladze).
  3. International Conference “Science of the Future”, Saint-Petersburg (Russia), September 17-29, 2014. http://www.p220conf.ru/program
    • Arrhytmia modelling in tissue culture (K.I. Agladze).
  4. V-ая Международная конференция «Математическая биология и биоинформатика», Пущино (Россия), 19-24 октября 2014 г; http://icmbb.impb.ru/media/filer_public/2014/10/15/_.pdf
    • Тканевая инженерия и волны в сердце (К.И.Агладзе).

Публикации

    2014:

  1. Kudryashova NN, Teplenin AS, Orlova YV, Selina LV, Agladze K. Arrhythmogenic role of the border between two areas of cardiac cell alignment. J Mol Cell Cardiol. 2014. doi:10.1016/j.yjmcc.2014.09.003.
  2. Kazbanov I V, Clayton RH, Nash MP, et al. Effect of Global Cardiac Ischemia on Human Ventricular Fibrillation: Insights from a Multi-scale Mechanistic Model of the Human Heart. PLoS Comput Biol. 2014;10(11):e1003891. doi:10.1371/journal.pcbi.1003891.
  3. Majumder R, Pandit R, Panfilov AV. Turbulent electrical activity at sharp-edged inexcitable obstacles in a model for human cardiac tissue. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014;307(7):H1024-35. doi:10.1152/ajpheart.00593.2013.
  4. Defauw A, Vandersickel N, Dawyndt P, Panfilov AV. Small size ionic heterogeneities in the human heart can attract rotors. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014;307(10):H1456-H1468. doi:10.1152/ajpheart.00410.2014.
  5. Pravdin SF, Dierckx H, Katsnelson LB, Solovyova O, Markhasin VS, Panfilov AV. Electrical wave propagation in an anisotropic model of the left ventricle based on analytical description of cardiac architecture. PLoS One. 2014; 9(5): e93617. doi:10.1371/journal.pone.0093617.
  6. Guria KG, Guria GTh. Spatial aspects of blood coagulation: two decades of research on the self-sustained traveling wave of thrombin. Thromb Res. 2014, 10.1016/j.thromres.2014.12.014.
  7. Erofeev IS, Agladze KI. Two models of anisotropic propagation of cardiac excitation wave. JETP Lett. 2014;100(5):390-393. doi:10.7868/S0370274X14170123.

  8. 2011-2013:

  9. Orlova, Y. et al. Electrospun nanofibers as a tool for architecture control in engineered cardiac tissue. Biomaterials 32, 5615-5624 (2011).
  10. Magome, N., Kanaporis, G., Moisan, N., Tanaka, K. & Agladze, K. I. Photo-control of excitation waves in cardiomyocyte tissue culture. Tissue engineering. Part A 17, 2703–11 (2011).
  11. Erofeev, I. S., Magome, N. & Agladze, K. I. Digital photocontrol of the network of live excitable cells. JETP Letters 94, 477–480 (2011).
  12. Kadota, S., Kay, M. W., Magome, N. & Agladze, K. I. Curvature-dependent excitation propagation in cultured cardiac tissue. JETP Letters 94, 824–830 (2011).
  13. Kadota S., Minami I., Morone N., Heuser J.E., Agladze K. & Nakatsuji N. Development of a reentrant arrhythmia model in human pluripotent stem cell-derived cardiac cell sheets. Eur. Heart J. 2013, 34 (15): 1147-1156.
  14. Wang L., Liu L., Magome N., Agladze K., Chen Y. Influence of patterned topographic features on the formation of cardiac cell clusters and their rhythmic activities. Biofabrication 5 (3), 035013.
  15. Wang L., Liu L., Li X., Magome N., Agladze K., Chen Y. Multi-electrode monitoring of guided excitation in patterned cardiomyocytes. Microelectronic Engineering 2013, 111, 267–271.
  16. Муругова Т.Н., Иваньков О., Осина Н.К., Исламов А.Х., Куклин А.И., Агладзе К.И. «Исследования мицеллообразования азобензен триметиламмоний бромида методом малоуглового рассеяния нейтронов» // Труды МФТИ, 2013, т.5, N1, 122-128.
  17. Тепленин А.С., Ерошенко Л.В., Ерофеев И.С., Агладзе К.И. «Использование полимерных нановолокон для исследования структурной анизотропии культуры иммортализованных сердечных клеток» // Труды МФТИ, 2013, т.5, N1, 140-149.
  18. Барсков К.В., Ерофеев И.С., Агладзе К.И. «Исследование влияния АЗОТАБа на фототаксис Planaria torva» // Труды МФТИ, 2013, т.5, N1, 84-93.
  19. Галайдыч О.В., Ерофеев И.С., Агладзе К.И. «Оптическое картирование волн возбуждения в светочувствительной иммортализованной культуре кардиомиоцитов» // Труды МФТИ, 2013, т.5, N1, 94-102.
  20. Селина Л.В., Мотовилов К.А., Ягужинский Л.С., Агладзе К.И. «Восстановление сократительной активности первичной культуры кардиомиоцитов крысы, подавленной ингибиторами митохондриальной NADH-дегидрогеназы, под влиянием гидрофильных хинонов» // Труды МФТИ, 2013, т.5, N1, 129-139.
  21. Исмайлова Ш.Р., Мотовилов К.А., Ягужинский Л.С., Агладзе К.И. «Взаимодействие цепи окислительного фосфорилирования митохондрий с катионным производным азобензола, обладающим фотоконтролируемой структурой» // Труды МФТИ, 2013, т.5, N1, 112-121.

Контактные данные

Константин Игоревич Агладзе
тел.: +7 (495) 408-45-46