Керівник відділу – к.б.н. Зоя Олександрівна Серебровська.
Відділ фізіології зосереджується на вивченні ключових молекул, що регулюють процеси старіння, факторів, які можуть прискорювати або сповільнювати цей процес, а також перспектив профілактики вікових захворювань.
Наш арсенал методів охоплює широкий спектр – від молекулярних, біохімічних, біофізичних, морфологічних до поведінкових тестів, які ми застосовуємо на різних тваринних моделях. Традиційною моделлю для геронтологічних досліджень є плодова мушка Drosophila melanogaster. Завдяки її короткому життєвому циклу ми можемо спостерігати процеси, пов’язані з довголіттям і старінням, а її проста генетична структура дозволяє легко створювати лінії, що моделюють вікові захворювання, зокрема нейродегенеративні.
Водночас певні наукові питання неможливо розв’язати без використання моделей ссавців. Для цього ми проводимо дослідження на гризунах. Важливу роль у наших дослідженнях відіграють також експерименти за участю людей.
Наш колектив поєднує досвідчених науковців і молодих дослідників, що дозволяє гармонійно поєднувати знання, навички та досвід із новими підходами й ідеями. Ми активно співпрацюємо з науковими центрами як в Україні, так і за кордоном, зокрема з Virginia Commonwealth University (США), Institute of Medical Microbiology and Virology, University of Leipzig (Німеччина), Навчально-науковим центром біології та медицини КНУ ім. Т. Шевченка та Прикарпатським національним університетом ім. Василя Стефаника.
Ми підтверджуємо свої наукові досягнення через співпрацю з міжнародною науковою спільнотою, участь у конференціях та публікації у рецензованих журналах з високим рейтингом.
Завідуюча відділом. Зоя А. Серебровська, народилася 14 березня 1969 року в Києві, здобула освіту в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка, а пізніше розширила свої знання в Universita Cattolica del Sacro Cuore в Римі. Кандидат біологічних наук, фахівець у галузі фізіології, біоетики та нанонауки.
За свою кар’єру працювала в провідних українських та міжнародних установах, включаючи Old Dominion University (США), досліджуючи наслідки Чорнобильської катастрофи. Грантові проєкти та наукові публікації охоплюють широке коло тем — від впливу інтервального гіпоксичного тренування на когнітивні функції до біодистрибуції наночастинок. Оганізовувала міжнародні симпозіуми з біоетики та активно залучена до міждисциплінарних досліджень. Сфера наукових інтересів — гіпоксія, старіння, нейродегенеративні хвороби, COVID-19, репродуктивна фізіологія, атеросклероз та нанотехнології. Вільно володіє англійською, італійською, польською та українською мовами. В теперішній час досліджує механізми старіння та шукає шляхи, як їх уповільнити.
ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ДОСЛІДЖЕНЬ ВІДДІЛУ ОСНАННІХ РОКІВ
Дрозофіла як зручна модель для вивчення старіння та хвороб, пов’язаних із віком.
Привабливість дрозофіли як модельного організму полягає в її чітко виражених стадіях розвитку, кожна з яких характеризується значними відмінностями у регуляції експресії генів. Плодова мушка проходить три основні стадії розвитку.
- Личинка – це період інтенсивного росту, під час якого організм збільшує свою масу приблизно у 200 разів за 4–5 днів.
- Лялечка – стадія диференціації тканин і метаморфозу.
- Імаго – повністю сформований організм, який припиняє ріст.
Серед трьох стадій розвитку дрозофіли імаго найчастіше використовується для вивчення нейродегенеративних захворювань, оскільки має розвинений мозок, що дозволяє досліджувати складні поведінкові реакції, такі як навчання, пам’ять, сенсорні та моторні функції. Додатковою перевагою є можливість оцінювати тривалість життя, що є особливо важливим при дослідженні ефективності терапії нейродегенеративних захворювань. Личинки та лялечки, своєю чергою, є зручними моделями для вивчення розвитку нервової системи.
Дрозофіла як зручна модель вивчення факторів, що індукуються гіпоксією, при старінні.
HIFs виконують роль головних регуляторів генів, чутливих до гіпоксії, контролюючи широкий спектр біологічних процесів, зокрема ангіогенез, метаболізм, еритропоез і виживання клітин. Відтоді як було відкрито HIF-1α, дослідники зацікавилися його роллю в нейродегенеративних захворюваннях. Виявлено, що HIF-1α стабілізується у відповідь на гіпоксію, запалення та оксидативний стрес – саме ті фактори, які супроводжують нейродегенерацію. Скорочення: HIF-1α – hypoxia-inducible factor 1 alpha (фактор, індукований гіпоксією 1 альфа); Sima – гомолог HIF-1α у дрозофіли; Tango – Aryl Hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator 2, гомолог HIF-1β у дрозофіли; ROS – reactive oxygen species (активні форми кисню).
Для досліджень, в залежності від задач, ми використовуємо такі лінії з Indiana University Bloomington, які містять мутації в алелях DJ1-a, DJ1-b, a-synuclein, human APP, та інші.
Інтервальна гіпоксія-гіпероксія як нова стратегія профілактики та лікування хвороб, пов’язаних із віком.
Інтервальне гіпоксичне тренування (ІГТ) — це нефармакологічна терапія, яка використовує чергування періодів гіпоксії та нормоксії або гіпероксії для активації адаптаційних механізмів організму. ІГТ демонструє широкий спектр позитивних ефектів при метаболічних, серцево-судинних і нейродегенеративних захворюваннях. Зокрема, воно сприяє підвищенню гіпоксичної чутливості у пацієнтів із хворобою Паркінсона, покращенню функції дихальних м’язів при бічному аміотрофічному склерозі, збільшенню мозкового кровотоку у пацієнтів із серцевою недостатністю, а також зниженню артеріального тиску у хворих на гіпертензію. Дослідження також вказують на здатність ІГТ покращувати когнітивні функції, зменшувати рівень оксидативного стресу та нормалізувати рівень інсуліну в крові. ІГТ викликає адаптивні реакції, зокрема через активацію фактора, індукованого гіпоксією (HIF-1α), що сприяє клітинному захисту. Водночас, роль HIF-1α у нейродегенеративних хворобах залишається суперечливою, оскільки він може як стимулювати нейрозапалення, так і захищати нейрони від цитотоксичних ефектів. Інший механізм, пов’язаний з ІГТ, включає цитохроми P450, які беруть участь у регуляції окислювальних процесів і можуть впливати на стабільність HIF-1α. Вивчення цих механізмів продовжується у нашому відділі, відкриваючи нові перспективи для терапії захворювань, пов’язаних із віком.
У нас працюють установки для тренування дрозофіл та щурів.
Завдяки благодійному внеску фірми CellOxy ми маємо також сучасний прилад для тренування людей, в якому передбачений постійний моніторинг сатурації кисню та серцевого ритму із системою аварійного відключення у разі виходу показників за межі норми, що необхідно для безпеки.
Вивчення нейрозапалення на моделі щурів.
Для вивчення механізмів нейропротекторної дії інтервальної гіпоксії ми використовуємо стрептозотоцинову модель для індукції запалення в гіпокампі.
Водяний лабіринт Моріса дозволяє оцінити короткострокову пам’ять у тварин.
Оцінка нейрозапалення та вмісту амілоїду в гіпокампі щурів з експериментальною хворобою Альцгеймера.
Наша історія.
Відділ фізіології бере початок свого існування від лабораторії фізіології, яка була створена у 1958 році академіком В. В. Фролькісом і очолювана ним до 1999 року. З 1999 р. по 2023 р. завідувачем лабораторії був учень академіка В. В. Фролькіса і на той час директор ДУ «Інститут геронтології ім Д. Ф Чеботарьова НАМН України» академік НАМН України В. В. Безруков.
У 2021 році було здійснено об’єднання 3-х лабораторій – фізіології, радіобіології та ендокринології – в один відділ, який дістав назву «Відділ біології старіння та експериментального подовження життя», а згодом, у 2024 році, його було перейменовано і на теперішній час він називається «Відділ фізіології». З 2024 року відділ фізіології очолює канд. біол. наук З. О. Серебровська.
Основні наукові здобутки минулих років – з’ясування ролі змін процесів регуляції й адаптації на різних рівнях (від клітинного до рівня цілісного організму), мембрано-геномної взаємодії у механізмах старіння та розвитку вікової патології в експерименті; пошук шляхів протидії прискореному старінню та збільшення тривалості життя. Велика увага приділялась з’ясуванню вікових змін функціонування різних органів і систем – центральної, периферичної, автономної нервових систем, серцево-судинної, ендокринної та м’язової. Вивчені вікові особливості функціонування адренергічної та холінергічної медіаторних систем (зокрема – обмін медіаторів, чутливість до дії гуморальних і нервових факторів), обміну білка та нуклеїнових кислот, стану системи антиоксидантного захисту, системи оксиду азоту, механізми зниження стійкості до гіпоксії та розвитку ендотеліальної дисфункції при старінні, формування стрес-вік-синдрому.
Академіком В. В. Фролькісом та його школою розроблені адаптаційно-регуляторна гіпотеза вікового розвитку, концепція етагенезу, нові підходи до терапії вік-залежних хвороб, зокрема, генна терапія експериментального атеросклерозу, застосування стовбурових клітин у тварин з експериментальною кардіоміопатією. Розроблені експериментальні підходи до збільшення тривалості життя – застосування інгібіторів біосинтезу білка, антиоксидантів, методу подвійної детоксикації (ентеросорбція та активація мікросомального окислення), за допомогою поєднаної дії гіпоксії та гіперкапнії, хронічної стимуляції позитивних емоціогенних зон гіпоталамуса.
Вперше випробувано поєднання калорійно-обмеженого раціону з киснево-обмеженою атмосферою. Виявлено, що залежно від якісного і кількісного складу атмосфери, в якій існує організм, можна вплинути на швидкість поглинання кисню, швидкість газообміну, стимулювати захисні механізми організму, які можуть забезпечити його високу життєздатність у стресорних умовах і збільшити тривалість життя. Встановлено, що механізми адаптації у тварин з різною стійкістю до гіпоксії мають свої особливості, розуміння яких має важливе значення для обгрунтування індивідуальних режимів гіпоксичних тренувань.
Співробітники лабораторії приймали участь у створенні нових лікарських засобів (кораргін, мембратон та ін.).
Нагороди та відзнаки. Академік НАН та НАМН України В. В. Фролькіс – Заслужений діяч науки і техніки України (1992), відзнака Президента України (1994), Орден князя Ярослава Мудрого IV ступеня (1999) та V ступеня (1996). Академік НАМН України В. В. Безруков – Заслужений діяч науки і техніки України (1998), орден князя Ярослава Мудрого V ступеня (2015). Державна премія УРСР 1984 р. (В. В. Фролькіс), Державна премія України 2003 р. (В. В. Фролькіс, В. В. Безруков), премія ім. І. І. Мєчнікова НАН та НАМН України 1995 р. (В. В. Фролькіс, Х. К. Мурадян), премія ім. О. О. Богомольця НАН України 1991 р. (В. В. Фролькіс), премія ім. М. Д. Стражеска НАН України 2000 р. (В. В. Фролькіс, В. В. Безруков), премія ім. Д. Ф. Чеботарьова НАМН України 2015 р. (Х. К. Мурадян), Міжнародна премія ім. Ф. Верцара 1986 р. (В. В. Фролькіс), премія Міжнародної асоціації геронтологів, Почесні грамоти Верховної Ради та Президента України, НАМН та МОЗ України.
Наукові дослідження лабораторій радіобіології та ендокринології, що на теперішній час входять до складу відділу фізіології, були тісно пов’язані з дослідженнями, які проводились в лабораторії фізіології.
Лабораторія радіобіології, яку очолював д-р мед. наук Є. М. Горбань, була створена у 1993 році, а до того вона функціонувала як група радіобіології у складі лабораторії фізіології. Дослідження лабораторії були спрямовані на вивчення вікових особливостей негативних наслідків впливу на організм іонізуючого опромінення та пошуку методів запобігання їх розвитку. З’ясовані ендокринні механізми радіаційного стресу та особливості функціонування ендокринної системи в умовах дії низьких доз опромінення. Встановлено вікові особливості змін адаптаційних реакцій організму на поєднану дію іонізуючого опромінення і хронічного ситуаційного стресу. Показано, що результатом опромінення є прискорене старіння організму і «омолодження» вік-залежної патології. Досліджено вікові особливості різних проявів метаболічного синдрому у тварин, підданих дії іонізуючого опромінення в сублетальних дозах. Досліджено вікові особливості радіо-індукованих порушень судинної реактивності, показана можливість їх корекції або запобігання їх розвитку за допомогою різних геропротекторів та радіопротекторів.
Лабораторія ендокринології була створена у 1958 році; її першим керівником була д-р мед. наук Н. В. Свєчнікова; у 1978-2000 рр. лабораторію очолював д-р мед наук, професор Н. С. Верхратський, а у 2000-2021 рр. – канд. біол. наук Т. О. Дубілей. Експериментальні дослідження лабораторії ендокринології були спрямовані на з’ясування змін гормональної регуляції при старінні. Встановлено вікові особливості базальної та індукованої стресом секреції гормонів. Показано, що при старінні відбуваються зрушення механізмів регуляції функції щитоподібної залози, наднирникових та статевих залоз. Виявлені індивідуальні особливості впливу стресу на тривалість життя тварин. Доведено можливість підвищення стійкості старих тварин до стресу шляхом збагачення раціону холіном та блокаторами холінестерази.