Відділ фізіології нейронних мереж

У відділі фізіології нейронних мереж та лабораторії біофізики синаптичної передачі вивчаються актуальні питання сучасної фізіології центральної та периферичної нервових систем та біофізики клітинних мембран: досліджуються електрофізіологічні, біофізичні та фармакологічні властивості окремих та синаптично зв’язаних нейронів, механізми квантового вивільнення нейромедіаторів в синаптичних з’єднаннях, внутрішньоклітинна кальцієва сигналізація.

Основні напрямки досліджень

• Роль різних типів потенціал-керованих калієвих каналів в формуванні фонової активності, модуляції змін внутрішньоклітинної концентрації кальцію, вивільнення нейромедіаторів з нервових закінчень нейронів гіпокампа. Досліджено функціональну роль каналів Kv7- та Kv3.2- родини в культивованих інтернейронах гіпокампа. Показано модулюючий вплив каналів Kv3.1/Kv3.2- родини на кальцієві сигнали, викликані тонічною імпульсацією гангліозних клітин сітківки ока.
• Функціональні властивості синаптичної передачі нативних та культивованих нейронів вегетативних нервової системи. Зареєстровано фонову активність антидромно ідентифікованих нейронів симпатичного ганглія, що іннервують підщелепну залозу. На ізольованому симпатичному ганглії щурів виявлено адренергічну синаптичну відповідь нейронів при стимуляції постгангліонарного нерва. Досліджено формування холінергічних синапсів на культивованих нейронах симпатичного ганглія. На нейронах субепікардиально плетива показано пре- та постсинаптичний розподіл α7- ацетилхолінових рецепторів.
• Роль різних типів потенціал- та ліганд керованих мембранних каналів у внутрішньоклітинній кальцієвій сигналізації. Визначено внесок високо- та низькопорогових потенціал-керованих кальцієвих каналів гангліозних клітин сітківки ока та ацетилхолінових рецепторів нейронів симпатичного ганглія у зміни внутрішньоклітинної концентрації кальцію.
• Вплив активації метаботропних глутаматних рецепторів на зміни внутрішньоклітинної концентрації кальцію в нейронах гіпокампа.
• Функціональні властивості синаптичної передачі між культивованими гангліозними клітинами сітківки ока та центральними нейронами.
• За програмою «Біосумісні наносистеми, біологічні властивості наноматеріалів» досліджуються механізми та форми впливу карбонових нанотрубок, фулеренів та їх нанокомпозитів на основні функції синаптично зв’язаних нервових клітин цетральної нервової системи.
• В рамках наукової програми «Фундаментальні основи молекулярних та клітинних біотехнологій» проводяться дослідження за темою «Молекулярні механізми пластичності синаптичної передачі з первинних аферентних нейронів в центральну нервову систему». На модельній біосистемі - сумісній культурі (co-culture) нервових клітин спінальних гангліїв та нейронів дорсального рогу спинного мозку досліджуються молекулярні механізми передачі сомато-сенсорної інформації: роль пре- та постсинаптичних механізмів пластичності в розвитку довготривалої депресії синаптичної передачі.
• В рамках проекту «Функціональна геноміка, протеоміка та метаболоміка в системній біології» у відділі виконуються дослідження за темою «Функціональна геноміка міжнейронної взаємодії та субнейронних процесів за нормальних та патологічних умов». Дослідження функцій нейронів за допомогою електрофізіологічних, спектрофотометричних методів у поєднанні з методами молекулярної біології та імуноцитохімії дозволяє ідентифікувати молекулярно-генетичні структури та процеси відповідальні за функціональні властивості нейронів за нормальних та патологічних умов.

Співробітники

Академік Веселовський Микола Сергійович	д.б.н., професор	Завідувач відділу	253-07-01
Федулова Світлана Анатолівна	д.б.н., професор	Завідувач лабораторії синаптичної передачі	253-0158
Ремізов Ігор Миколайович	к.б.н.	Ст.н.с.	256-25-66
Войтенко Сергій Валентинович, к.б.н. Ст.н.с. 256-24-56
Пурнинь Олена Едуардівна, к.б.н. Ст.н.с. 256-24-55
Григоров Олексій Олегович, к.б.н. Ст.н.с. 256-24-55
Гоцуляк Ярослав Миколайович, к.б.н. Ст.н.с. 256-24-55
Маслов Віталій Юрійович, к.б.н. Ст.н.с. 256-24-56
Москалюк Анастасія Олександрівна, к.б.н. Ст.н.с. 256-24-29
Рихальський Олег Володимирович М.н.с. 256-25-74
Кузнєцов Кирило Ігорович М.н.с. 256-24-55
Кошелєва Світлана Олексіївна М.н.с. 256-25-76
Колеснік Оксана Павлівна М.н.с. 256-24-29
Шипшина Марія Сергіївна М.н.с. 256-24-29
Думанська Ганна Валентинівна, аспірант Пров. інж. 256-25-74
Телька Марія Василівна, аспірант Інж. 1. Кат. 256-25-74

У відділі організовано наукову базу для підготовки студентів (бакалаврів та магістрів) Київської філії МФТІ, ФТІ Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» та Київо-Могилянської академії.

Об’єкти дослідження

• Нейрони центральної нервової системи (гіпокампа, підкоркового зорового центру, дорсального рогу спинного мозку)
• Гангліозні клітини сітківки на цілому препараті сітківки ока
• Первинні дисоційовані культури нейронів центральної та периферичної нервової системи (нейрони вегетативних та спінальних гангліїв)
• Сумісні культури периферичних (сенсорних) та центральних нейронів
• Сумісна культура клітин сітківки ока та нейронів верхнього чотирьохгорбкового тіла (superior colliculus)
• Сумісна культура нейронів вегетативної нервової системи та сенсорних нейронів
• Нейрони вегетативних гангліїв (верхній шийний ганглій, субепікардиальне плетиво)

Методи дослідження

• Фіксація мембранного потенціалу (patch-clamp) в конфігурації «ціла клітина» (whole-cell)
• Внутрішньоклітинна мікроелектродна реєстрація мембранного потенціалу
• Парна реєстрація (pair-recording) одночасно від двох синаптично зв’язаних нейронів
• Реєстрація флуоресцентного сигналу від окремої клітини та окремої синаптичної терміналі
• Зворотня транскрипція та полімеразна ланцюгова реакція на окремій клітині (single-cell PCR)
• Дослідження окремої синаптичної терміналі культивованих нейронів
• Імуноцитохімічне забарвлення
• Локальна суперфузія фармакологічних сполук

Лабораторії, з якими відбувається наукове співробітництво

• Відділ фармакології Університетського коледжу Лондон, Лондон, Велика Британія
• Відділ фармакології та токсикології, Медичного факультету, Університет Саарланда, м. Хомбург, ФРН
• Сектор нейрофармакології Інституту молекулярної генетики Російської Академії Наук, Москва, Росія
• Відділ нейронаук Манчестерського Університету, Манчестер, Велика Британія
• Факультет анатомії та нейробіології медичного коледжу Університету Огайо, США

Вибрані публікації за 2010-2011

• Шипшина М. С., Веселовський М. С. Особливості сенсорної нейротрансміссії в ко-культурі нейронів спінальних гангліїв і дорсальних рогів спинного мозку щурів // Фізіол. журн. – 2010, т. 56, № 4, с. 26–36.
• Мізерна О.П., Федулова С.А., Веселовський М.С. Кальційзалежна регуляція депресії гальмівної синаптичної передачі блокатором N-типу кальцієвих каналів у культурі нейронів гіпокампа.//Фізіол.журн. – 2010, т. 56, № 1, р. 118-126.
• O. P. Mizerna, S. A. Fedulova and N. S. Veselovsky. Changes in synaptic plasticity due to blockage of N-type Ca2+ channels in cultured hippocampal neurons.// International Journal of Physiology and Pathophysiology. – 2010, vol. 1, № 1, p. 9-16.
• Voytenko S.V., Galazyuk A.V. Suppression of spontaneous firing in inferior colliculus neurons during sound processing.//Neuroscience – 2010, vol. 165, p.1490-1500.
• Кузнецов К.І., Маслов В.Ю., Федулова С.А.,.Веселовський М.С. 4-амінопірідин чутливий компонент калієвого струму та його вплив на високочастотну тонічну імпульсацію гангліозних клітин сітківки щурів. //Фізіологічний журнал.- 2010, т.56, №6, с. 10-16.
• Кузнецов К.И., Маслов В.Ю., Федулова С.А., Веселовський Н.С. Роль чувствительного к низким концентрациям ТЭА компонента калиевого тока в генерации высокочастотной тонической импульсации ганглиозных клеток сетчатки крысы. //Нейрофизиология . – 2011, т.43, №1, с.11-17.
• Кузнецов К.І., Маслов В.Ю., Федулова С.А.,.Веселовський М.С. Кальцієві сигнали, викликані тонічною імпульсацією гангліозних клітин сітківки ока щура. //Фізіологічний журнал - 2011, т.57, №1, с.3-8.
• Мізерна О.П., Федулова С.А., Веселовський М.С. Неоднорідний розподіл і внесок Р- та P/Q-типів кальцієвих каналів у короткочасну пластичність гальмівної синаптичної передачі між нейронами культури гіпокампа.
• //Фізіологічний журнал -2010, 56, №6, с.3-11.
• O. P. Mizerna, S. A. Fedulova and N. S. Veselovsky, Nonuniform distribution and contribution of P- and P/Q-types calcium channels to short-term inhibitory synaptic plasticity in cultured hippocampal neurons.// International Journal of Physiology and Pathophysiology, 2011, Vol. 2(3), № 1, р. 261-271.
• Думанська Г. В., Пурнинь О. Е., Рихальський О. В., Веселовський М. С. Первинна культура дисоційованих клітин сітківки щура в умовах тривалого культивування: властивості гангліозних клітин // Нейрофизиология/Neurophysiology, 2011, т.43, № 4, с. 369-371.
• Шипшина М. С., Федулова С. А., Веселовський M. С. Особливості індукції довготривалої депресії синаптичної передачі в ко-культурі нейронів спінальних гангліїв та дорсальних рогів спинного мозку щурів /Нейрофизиология/Neurophysiology, 2011, т. 43, №4, с. 305-314.
• Кузнецов К.И., Маслов В.Ю., Федулова С.А.,.Веселовський Н.С. Роль тетраэтиламмонийчувствительного компонента калиевого тока в генерации высокочастотной тонической импульсации ганглиозными клетками сетчатки крысы// Нейрофизиология.- 2011, т. 43, №1, с. 11-17.
• Кузнецов К.І., Маслов В.Ю., Федулова С.А., Веселовський М.С. Кальцієві сигнали, викликані тонічною імпульсацією гангліозних клітин сітківки ока щура// Фізіологічний журнал.- 2011, т. 57, №1, с.3-8.
• Телька М.В, Рихальський О.В., Пурнинь О.Е., Веселовський М.С.,Електрофізіологічні властивості симпатичних нейронів у первинній культурі верхнього шийного ганглія щура // Нейрофизиология / Neurophysiology, 2011, т. 43, №3, с.261-264.