Лаборатория физиологии возбудимых мембран

Зав. лабораторией — д.б.н., проф. Борис Владимирович Крылов

Лаборатория во главе с д.б.н. Борисом Владимировичем Крыловым выделилась в 1997 году в самостоятельное подразделение из лаборатории физиологии рецепции, основанной в 1966 году профессором Олегом Борисовичем Ильинским, одним из талантливейших учеников академика Владимира Николаевича Черниговского. О.Б.Ильинский и его ученики известны своими открытиями в области механо- и электрорецепции (Ilyinski O.B. Processes of excitation and inhibition in single mechanoreceptors (Pacinian corpuscles) // Nature. 1965. Vol.208, N 5009. p.351-353; H.R. Brown, G.N.Andrianov, O.B.Ilyinsky.Magnetic field perception by electroreceptors in Black Sea skates// Nature. 1974. Vol.249, May. p.178-179; H.R.Brown, O.B.Ilyinsky, V.M. Muravejko, E.S.Gorshkov, G.A.Fonarev. Evidence that geomagnetic variations can be detected by lorenzinian ampullae// Nature. 1979. Vol.249, Febr. p.648-649; Krylov B.V., Makovsky V.S. Spike frequency adaptation in amphibian sensory fibres is probably due to slow К channels // Nature. 1978. Vol.275, N 5680. p. 549-551).

В настоящее время исследования лаборатории сосредоточены на развитии гипотезы, согласно которой ключевую роль в первичном сенсорном кодировании ноцицептивной информации играет активация мембранного механизма:

опиоидоподобный рецептор -> Na,K-ATФаза как трансдуктор сигнала — > канал Nav_1.8.

Комплексный подход, используемый в лаборатории, включающий в себя сложнейшие экспериментальные методы: метод локальной фиксации потенциала, культуры ткани, иммуноцитохимии, конфокальной и атомно-силовой микроскопии, поведенческие исследования, совместно с широким применением теоретических методов математического моделирования, квантово-химических расчетов, конформационного анализа и докинга позволил обнаружить в мембране ноцицептивного нейрона три принципиально новые молекулярные мишени, физиологические функции каждой из которых оказались принципиально новыми.

Первая мишень – это опиоидоподобный рецептор, связанный не с G-белками, а с одной из изоформ Na, K-АТФазы, выполняющей здесь сигнальную функцию трансдуктора сигнала, а также служащей второй мишенью для тех фармакологических субстанций, которые способны активировать эту сигнальную функцию. Третьей мишенью служит активационное устройство каналов Nav1.8, являющихся эффекторным звеном обнаруженного мембранного каскадного процесса.

Указанные каналы, являющиеся маркерами ноцицептивного нейрона, генерируют высокочастотную компоненту его импульсного ответа, несущего в ЦНС информацию о болевом раздражении. Обнаруженный механизм позволил вывести исследования ноцицептивной системы мозга на уровень создания принципиально новых анальгетиков и физиотерапевтических методов лечения различных видов боли.

Важнейшим отличием создаваемых анальгетических препаратов явилась высочайшая специфичность их лиганд-рецепторного связывания с указанными мишенями, что обеспечило отсутствие негативных побочных эффектов при их применении в безопасных концентрациях. На основании многолетних исследований были  обнаружены не только указанный выше молекулярный каскад модулирования возбудимости ноцицептивного нейрона, но и сигнальные внутриклеточные механизмы, запускаемые при активации опиоидоподобного рецептора (им оказался Src-зависимый р38 MAPК-сигнальный путь) и при активации сигнальной функции Na, K-АТФазы (Na,K-ATФаза/Src/PKA-зависимый р38 МАРК) сигнальный каскад.

Полученные результаты фундаментальных исследований позволили предсказать дизайн и начать внедрение в клиническую практику ряд новых анальгетических субстанций. К ним относится кальциевый хелатный комплекс коменовой кислоты, действующий на первую мишень, кальциевый хелатный комплекс уабаина, действующий на вторую мишень в эндогенной наномолярной концентрации, а также ряд субстанций пептидной природы, специфически связывающихся с третьей мишенью — с активационным воротным устройством канала Nav1.8.

Этот фармакологический подход, совместно с применением физиотерапевтического метода, основанного на модуляции сигнальной функции Na, K-АТФазы низкоинтенсивным инфракрасным излучением, позволил создать новое направление исследований ноцицептивной системы мозга человека и применить результаты этих фундаментальных исследований в клинической практике для лечения соматосенсорной боли.

Эти результаты защищены семью патентами РФ и США.  Основные результаты, полученные в 2020-2024 гг. изложены в статьях, опубликованных в ведущих российских и зарубежных журналах, среди которых   Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, Life, International Journal of  Molecular Science. В лаборатории защищены докторская и шесть кандидатских диссертаций.

В соответствии с решением Канадского Научного Издательства и редакции Канадского Журнала Физиологии и Фармакологии (Canadian Science Publishing and the Canadian Journal of Physiology and Pharmacology) статья «New approaches to the design of analgesic medicinal substances», выполненная в рамках проекта НЦМУ «Павловский центр интегративная физиология», выбрана в качестве одной из статей особенно высокого уровня по своей актуальности и важности. https://cdnsciencepub.com/do/10.1139/news.2022.01.24.02/full/