Телефонний довідник(Оновлена версія за 2025р.)

 
 

GoogleTranslate

Ukrainian Bulgarian Czech Danish English Estonian Finnish French German Greek Hungarian Italian Japanese Latvian Lithuanian Norwegian Polish Portuguese Romanian Slovak Slovenian Spanish Turkish
 

ВІДДІЛ НЕЙРОХІМІЇ

Завідувач – д. б. н., проф. БОРИСОВА Тетяна Олександрівна

Тeл.:+(044) 294-65-44, E-mail: tborisov@biochem.kiev.ua

 

Історична довідка

З часу заснування Українського біохімічного Інституту Наркомпросу УРСР (1925 р), а згодом – Інституту біохімії НАН України, одним з головних наукових напрямів його роботи було дослідження біохімічних основ діяльності нервової системи. У 1935 році була заснована лабораторія нервово-м´язової діяльності. У 1944 році на її базі була створена лабораторія біохімії нервової системи, а в 1966 року лабораторія набула статусу відділу біохімії нервової системи. У 1982 році відділ біохімії нервової системи був об’єднаний з лабораторією біомембран, і новий відділ одержав назву відділу нейрохімії. Засновником і керівником цих досліджень був директор Інституту і одночасно завідувач відділу біохімії нервової системи, академік АН СССР та АН УРСР Олександр Володимирович Палладін (1925¬1972 рр). У подальшому дослідженнями в галузі нейрохімії керували: д.б.н. Яків Васильович Бєлік (1973 – 1982 рр), акад. АН УРСР Валерій Казимирович Лішко (1983¬1991 рр), к.б.н. Ніна Германівна Гіммельрейх (1991 – 2013 рр), а з 2013 р ¬ дотепер, проф., д.б.н. Тетяна Олександрівна Борисова.

       

 

 

 

 

О.В. Палладін        Я.В Бєлік            В.К.Лішко           Н.Г. Гіммельрейх

     

Основні напрями наукової роботи з часу створення відділу нейрохімії:

  • вивчення хімічної топографії нервової системи, тобто визначення особливостей хімічного складу і протікання біохімічних процесів в морфологічно і функціонально різних відділах центральної і периферичної нервової системи (О.В. Палладін, Г.Я. Городиська, О.Я. Рашба, Е.Б. Сквирська, Б.Й. Хайкіна);
  • дослідження субклітинної та суборганоїдної локалізації нейроспецифічних протеїнів, а також вивчення особливостей функціонування ферментних систем вуглеводно-фосфорного, ліпідного, протеїнового обмінів в морфологічно і функціонально різних структурах нервової тканини (О.Я. Рашба, Е.Б. Сквирскька, Б.Й. Хайкіна, Н.М. Полякова, Я.В. Белік, Т.П. Бабій, К.О. Гончарова, Ц.М. Штутман, О.Н. Федоров, В.І. Тюленев, Л.А. Царюк, В. К. Лішко, С.О. Кудінов);
  • дослідження впливу психотропних агентів на азотний, вуглеводний, протеїновий обмін в структурах нервової системи (Я.Т. Терлецька, В.Й. Кочерга, Л.С. Смерчинська, К.О. Гончарова, А.О. Мусялковська, П.К. Пархомець);
  • вивчення мембранної організації та механізму дії ензимних систем активного транспорту натрію, калію і кальцію в нервових клітинах (О.В. Палладін, О.В. Кірсенко, В.К. Лішко, С.А. Кудінов, О.М. Рожманова, Н.М. Полякова, Г.Л. Вавілова, М.К. Малишева, В.І. Назаренко, О.В.Кравцов).

 

Починаючи з 2010 року у відділі нейрохімії проводились дослідження молекулярних механізмів виникнення порушень у збалансованому транспортуванні збуджуючих та гальмівних нейромедіаторів за нейропатологічних станів та за умов ексайтотоксичності у пресинаптичних нервових терміналях головного мозку. Досліджувалась комплексна модуляція синаптичної передачі в нервових терміналях головного мозку новими агентами для тераностики нейропатологій. Дослідження булі спрямовані на вирішення наступних актуальних проблем:

  • з’ясування ролі структурної організації мембрани та ліпід-протеїнових взаємодій в регуляції процесу передачі нервового імпульсу;
  • з’ясування ролі пресинаптичних рецепторів в регуляції ключових етапів процесу нейротрансмісії та визначення шляхів модуляції системи рецепції нейромедіаторів;
  • пошуку та ідентифікації природних мембранотропних та нейроактивних сполук, аналізу молекулярних механізмів дії існуючих мембранотропних та нейроактивних препаратів;
  • космічної біології, а саме розроблення способу визначення токсичності планетарного пилу;
  • нанотехнології, а саме синтезу та аналізу нейроактивної дії наночастинок;
  • екологічної нейротоксикології, а саме дослідження механізмів нейротоксичного впливу забруднювачей навколишнього середовища та розроблення шляхів його подолання.

Найвагоміші результати 2010-2025

Пластичність синаптичних процесів досягається завдяки системам тонкої модуляції ключових етапів процесу нейротрансмісії – вивільнення нейромедіаторів у синаптичну щілину та активного поглинання нейромедіаторів із синаптичної щілини. До тепер розуміння біохімічних основ модуляції цих процесів є вкрай недостатнім, тому основна увага досліджень, що проводилися, була спрямована на вивчення шляхів і механізмів, які лежать в основі модуляторних процесів і забезпечують підтримку балансу між процесами збудження та гальмування.

Застосування сучасних методів аналізу (радіоізотопного аналізу, флуоресцентної спектрометрії, лазерної кореляційної спектроскопії, конфокальної мікроскопії, проточної цитометрії, методу реєстрації іонної провідності бішарової ліпідної мембрани), безклітинної системи для вивчення процесу екзоцитозу та таких експериментальних моделей як гіпергравітаційне навантаження; гіпоксія раннього віку, що супроводжується судомами; дефіцит холестеролу, який притаманний цілому ряду хвороб, що супроводжуються розвитком нейропатологій, дозволило з’ясувати, які пресинаптичні процеси грають ключову роль в розвитку нейропатологій (Tarasenko et al, 2010; Pozdnyakova et al, 2015;2019; Soldatkin et al, 2015; Borisova 2016; Borisova et al, 2016; 2017; Pastukhov, Borisova 2018; Krisanova et al, 2019).

З використанням різних модельних систем гіпоксії та за умов ексайтотоксичності проводили аналіз компенсаторних механізмів, активація яких дозволяє збалансувати нейрональну активність та дослідити різноспрямовану дію існуючих нейроактивних препаратів та нових синтезованих нейроактивних сполук на процес нейротрансмісії.

Гіпоксія раннього віку є одним з вагомих факторів розвитку розумової недостатності, а в важких випадках стійкої до медикаментозного лікування епілепсії. Встановлено, що гіпоксія та судоми у щурів в перинатальний період спричинюють зміни в перебігу енергетичних процесів. Стійким та довготривалим наслідком перинатальної гіпоксії є підвищення рівня позаклітинної ГАМК. Нормалізація рівню позаклітинної ГАМК можлива при підвищенні рівню АТФ в терміналях, що відбувається за умов споживання терміналями нейронів кори та гіпокампу пірувату в якості єдиного енергетичного субстрату (Pozdnyakova et al, 2011). Показано зміни у співвідношенні активних транспортерів ГАМК GAT1/GAT3, експресованих в плазматичній мембрані нервових закінчень після перинатальної гіпоксії та можливість модуляції їх активності в різних ділянках мозку за допомогою β-аланіну (Pozdnyakova et al, 2014). У гіпокампі щурів виявлено залежне від віку та гіпоксії зниження поглинання [3Н]ГАМК, і таким чином встановлено особливу вразливість цієї структури до гіпоксії порівняно з корою та таламусом (Pozdnyakova, 2017).

Активація рецепторів, розташованих на пресинаптичних терміналях, один з основних шляхів тонкої регуляції процесу нейротрансмісії. Пресинаптичні іонотропні рецептори, що активуються глутаматом, медіатором процесу збудження, залучені до регуляції гальмівних процесів в пресинапсі за рахунок індукції синхронного і асинхронного екзоцитозу, тригером яких є опосередкований іонними каналами рецепторів вхід Na+ та Ca2+ в нервову терміналь. Ключовою ланкою сигнального шляху між активацією рецепторів і екзоцитозом є стимуляція продукції активних форм кисню (АФК). Показана провідна роль АМПА/ каінатних рецепторів в процесі стимуляції утворення АФК і роль НАДФ оксидази в сигнальному шляху НМДА рецепторів (Tarasenko et al, 2011).

Показано, що амфотерицин В, а також рекомбінантна субодиниця В дифтерійного токсоїду у разі додавання лише з одного боку «холестеринвмісної фосфоліпідної бішарової мембрани (товщина ~51 Å), спроможні утворювати довгоіснуючі у відкритому стані іонні канали, при формуванні яких критична роль належить довжині ацильних хвостів жирнокислотних залишків молекул фосфоліпіду. У бішаровій фосфоліпідній мембрані властивості каналів, що сформовані каліксареном С-99, дозволили розглядати його як потенціал-залежний переносник аніонів (Shatursky et al, 2014; 2024).

Продовжувались дослідження у напрямку космічної біології. Гравітаційне навантаження, яке є неодмінним фактором космічних польотів, викликає суттєві зміни в нейрональних процесах, зокрема в регуляції вивільнення та акумуляції медіатора збудження – глутамату в пресинаптичних терміналях. З’ясовано, що за умов гравітаційного навантаження тварин відбуваються суттєві зміни в процесах вивільнення глутамату з пресинаптичних нервових терміналей (синаптосом): Са2+-залежне вивільнення глутамату з синаптосом зменшується внаслідок зниження вмісту нейромедіатора в синаптичних везикулах, а цитозольний рівень глутамату зростає, що свідчить про перерозподіл нейромедіатора між везикулярним та цитозольним пулом внаслідок дії гіпергравітації (Borisova 2018). Показано унікальний ефект симулянту місячного пилу  у порівнянні з симулянтом марсіанського пилу та синтезованими наночастинками магнетиту, а саме зростання зв’язування глутамату з нервовими терміналями. Викликаючи зміни позаклітинного рівня глутамату, який є  вкрай важливим для правильної синаптичної передачі, місячний пил  може мати шкідливий вплив на гомеостаз цього нейромедіатору в центральній нервовій системі (Krisanova et al, 2013).

Відкрито молекулярні механізми дії магнітних наночастинок природного походження, покритих протеїновою оболонкою, феритину, та специфічні ефекти протеїнової і неорганічної складових цієї природної наночастинки, що дозволяє використовувати феритин для модуляції транспорту нейромедіаторів в нервових терміналях головного мозку (Krisanova et al, 2014).

Відкриті нейромодулюючі властивості карбонових точок, синтезованих з бета-аланіну, а саме суттєве інгібування активного накопичення ГАМК нервовими терміналями головного мозку щурів. Нейроактивність карбонових точок робить їх здатними модулювати процес синаптичної передачі одночасно з візуалізацією досліджуваних процесів (Borisova et al, 2015; 2017; Shatursky et al, 2022).

Всі вищезазначені результати роботи відділу стали науковим підґрунтям для створення концепції щодо молекулярних механізмів регуляції активного транспорту та рецепції нейромедіаторів у пресинапсі.

Gочинаючи з 2020 року у відділі  розпочаті дослідження та отримані нові наукові результати, які спрямовані на збереження стану навколишнього природного середовища.

Постійне зростання числа пацієнтів з нейрологічними захворюваннями становлять глобальну і дотепер невирішену проблему сучасного суспільства. З’являється все більше доказів взаємозв’язку забруднення навколишнього середовища металами з етіологією нейрологічних захворювань у ранньому віці (наприклад, аутизму), або в літньому віці (наприклад, хвороба Альцгеймера). Забруднювачі навколишнього середовища, зокрема нейротоксичні важкі метали, діють як складна суміш. Воєнні дії призводять до суттєвого підвищення забруднення нейротоксичними металами та концентрації у повітрі нейротоксичних твердих частинок, що у свою чергу також сприяє значному забрудненню довкілля. У цьому контексті для адекватної оцінки ризику нейротоксичності має бути досліджено вплив важких металів у їх мультизабруднювальній суміші. Такий підхід був розроблений та успішно використаний у відділі для досліджень впливу карбонвмісних твердих частинок диму та важких металів на основні характеристики синаптичної передачі.

Крім того, посттравматичний синдром, що виникає у населення під час воєнного стану та воєнних дій, суттєво поглиблює цю проблему. Попередження розвитку та успішне лікування нейрологічних захворюваннь є найактуальнішим науковим завданням, успішне вирішення якого стримується недостатністю фундаментальних та прикладних знань щодо регуляції ключових процесів синаптичної передачі у центральній нервовій системі.

У відділі розроблено новітню методологію, отримано та охарактеризовано панель суспендованих у воді препаратів карбонвмісних твердих частинок диму від згоряння матеріалів природного та антропогенного походження. Показана наявність нанорозмірних частинок у препараті аерозолю диму від згоряння деревини та пластику та доведено, що вони порушують процес синаптичної передачі та спричинюють дисбаланс процесів збудження-гальмування у нервових терміналях головного мозку, унікальні оптичні властивості частинок можуть бути використані у «смарт» моніторингу забруднення повітря (Borysov et al, 2020; Paliienko et al, 2022; Tarasenko et al, 2022).

Вперше продемонстровано у рамках проєкту НФДУ 2020.02/0147 (Керівник проєкту зав. відділу проф., д.б.н. Т.О Борисова) зниження мембранного потенціалу нервових закінчень і ізольованих нейронів, мітохондрійного потенціалу та закислення синаптичних везикул за дії препарату диму від згоряння медичних масок. Вперше доведено, що препарати диму як природного, так і антропогенного походження, мають нейротоксичні властивості та можуть спровокувати збій у роботі пресинапсу через послаблення опосередкованого транспортером поглинання глутамату/ГАМК нервовими закінченнями, порушити баланс збудливої та гальмівної нейротрансмісії, що доводить зв’язок забруднення повітря твердими частинками із розладами нервової системи та нейродегенеративними захворюваннями. Генерування АФК послаблювалось за присутності компонентів диму від згоряння як деревини, так і пластику. Утилізація відходів одноразових медичних масок шляхом спалювання призводить до вивільнення нейроактивних нанорозмірних твердих часток у довкілля, сприяючи забрудненню повітря та водних ресурсів нанопластиком, а також розвитку та поширенню нейропатологій (Pastukhov et al, 2023).

Вперше показано, що підвищення позаклітинного рівня збуджувальних (глутамат) та гальмівних (гамма-аміномасляна кислота, ГАМК) нейромедіаторів, зниження вивільнення нейромедіаторів шляхом екзоцитозу та зміна мембранного потенціалу нервових терміналей за присутності препаратів диму природного та антропогенного походження пов’язано зі створенням поодиноких іон-провідних пор у ліпідному бішарі мембрани.

Порівняльний аналіз нейроактивної дії препаратів диму від згоряння деревини та пластику виявів принципову різницю, пов’язану зі зменшенням синаптичного інгібування через зниження синаптосомального позаклітинного рівня ГАМК за дії диму від згоряння пластику. Це може бути причиною розвитку нейропатології у відповідь на забруднення повітря твердими частинками від згоряння пластику та може бути використано у прогнозуванні ризиків для здоров’я під час техногенних катастроф (Tarasenko et al, 2022).

Вперше показано, що препарати твердих частинок диму від згоряння різних типів деревини відрізняються один від одного за характеристиками. Тверді частинки диму від згоряння різних типів деревини по-різному впливають на вивільнення глутамату та ГАМК з нервових терміналей. Тверді частинки диму з деревини тополі виявились найбільш нейротоксичними і спричиняли більш ніж п’ятикратне збільшення позаклітинного рівня збуджуючого нейротрансмітеру глутамату, порушували вивільнення нейромедіаторів шляхом екзоцитозу, викликали деполяризацію мембрани у нервових терміналях, що викликає розвиток ексайтотоксичності та призводить до нейрологічних наслідків через порушення балансу збудження та гальмування у центральній нервовій системі (Paliienko et al, 2022).

Вперше доведено у рамках проєкту НФДУ 2021.01/0061 (Керівник проєкту зав. відділу проф., д.б.н. Т.О Борисова) комбінований нейротоксичний вплив Pb2+ і препаратів твердих карбонвмісних частинок диму від згоряння деревини та медичних масок у нервових закінченнях. Вперше показано, що препарати диму не змінювали Pb2+-індуковане підвищення позаклітинних рівнів глутамату та ГАМК, демонструючи тим самим адитивний результат і відсутність інтерференції нейротоксичних ефектів Pb2+ і твердих частинок диму. Обидва препарати диму зменшували Cd2+-індуковане підвищення позаклітинного рівня глутамату та ГАМК у нервових закінченнях. У флуориметричних вимірюваннях метали та препарати диму продемонстрували адитивний вплив на мембранний потенціал нервових закінчень, викликаючи деполяризацію мембрани. Таким чином, було виявлено різноманіття інтерференції ефектів забруднювачів, а саме важких металів та твердих частинок диму, щодо впливу на ключові пресинаптичні процеси. Була доведена реципрокна нейрологічна небезпека мультизабруднення кадмієм та свинцем з одного боку та твердими частинками диму від згоряння деревини тополі та медичних масок з іншого боку через порушення балансу збудження-гальмування та мембранного потенціалу нервових терміналей (Pozdnyakova et al, 2024).

Вперше показано, що комбіноване застосування ртуті і карбонвмісних частинок (вуглецевих точок), як моделей частинок-забруднювачів повітря, пом’якшували гостру нейротоксичність, спричинену ртуттю, у нервових терміналях. Ці вуглецеві точки та Hg2+ діяли як комплекс у нервових закінченнях, що було підтверджено флуориметричними даними щодо змін їх спектроскопічних характеристик за присутності Hg2+ (Krisanova  et al, 2024).

Мідь є одним з основних забруднювачів території України під час активних воєнних дій. Мідь є незамінним перехідним металом, необхідним для кількох важливих біологічних процесів, однак її надлишок токсичний для клітин. Надмірне споживання міді та порушення регуляції гомеостазу міді спричинюють її накопичення у мозку, а надлишок міді викликає дефіцит пам'яті та когнітивні порушення. Відомо, що вплив навколишнього середовища та/або зміна гомеостазу міді сприяє розвитку нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера та хвороба Паркінсона. Таким чином, мідь та вуглецеві тверді частинки диму у повітрі є небезпечними нейрозабруднювачами. Здатність Cu2+ впливати на нейротоксичність, викликану водно-суспендованими препаратами твердих частинок диму від згоряння деревини, і навпаки, була досліджена за допомогою пресинаптичних нервових закінчень кори головного мозку щурів. Взаємодію Cu2+ та твердих частинок диму, зміни розміру частинок та властивостей поверхні були показані у присутності Cu2+ за допомогою мікроскопії, DLS та ІЧ-спектроскопії. Як Cu2+, так і тверді частинки диму самі по собі підвищували рівень збуджувального нейромедіатора L-[14C]глутамату та інгібіторного [3H]ГАМК у препаратах нервових закінчень. Під час спільного застосування Cu2+ значно посилював індуковане твердими частинками диму підвищення позаклітиних рівнів обох нейромедіаторів у препараті синаптосом, демонструючи тим самим кумулятивний синергетичний ефект та значну інтерференцію нейротоксичної загрози, пов'язаної з Cu2+ та твердими частинками диму. У флуориметричних вимірюваннях Cu2+ та тверді частинки диму також продемонстрували кумулятивний синергетичний вплив на мембранний потенціал, мітохондріальний потенціал, підкислення синаптичних везикул та спонтанну генерацію АФК. Таким чином, було доведено синергетичний ефект Cu2+ та твердих частинок диму на ключові пресинаптичні процеси та мультизабруднюючу неврологічну загрозу через порушення балансу збудження-гальмування, мембранного та мітохондріального потенціалу, закислення везикул та генерації АФК (Krisanova et al, 2024).

Доведено, що тверді карбонвмісні частинки диму – забруднювачі повітря можуть бути переносниками оболонкових вірусних частинок SARS-Cov-2 до мозку та посилювати їх нейротоксичну дію (Borisova, Komisarenko, 2020).

Останнім часом велику цікавість у всьому світі набувають перспективи використання відходів сільського господарства для створення вуглецевих наноматеріалів. Сільськогосподарські відходи, які накопичується, завдають шкоди навколишньому середовищу, внаслідок чого зростає потреба їх переробки. Вони є перспективним джерелом для виробництва цінних продуктів, яке потребує меншої кількості хімічних реагентів («зелені принципи»). В останні роки вуглецеві точки (CD) привертають велику увагу завдяки своїм унікальним властивостям, таким як висока біосумісність, низька токсичність, нанорозмірність, тощо (Kuznietsova et al, 2023; Paliienko et al, 2024). Високоякісні CD можна синтезувати з використанням зеленої біомаси; однак це питання все ще залишається нез’ясованим та чекає вирішення.

Нещодавно було запропоновано у рамках проєкту НФДУ 2023.03/0036, «Функціоналізовані наноматеріали на основі вуглецю, одержані "зеленими методами" з українських сільськогосподарських відходів, для подолання багаторівневої нейротоксичністі за дії ксенобіотичних/біологічно-важливих перехідних металів та арсену» (Керівник проєкту с.н.с. к.б.н. Н. В. Крисанова) синтезувати з українських сільськогосподарських відходів вуглецеві нанопористиі матеріали і наночастинки, які можливо використовувати для зниження нейротоксичності, викликаної важкими металами, такими як Hg, Pb і Cd, металоїдом As, і біологічно важливими перехідними металами, такими як Cu і Fe, у високих концентраціях, і їх мультизабруднювальною сумішшю, одночасно зберігаючи синаптичні процеси, що керуються фізіологічним лужноземельним металом Ca.

Вплив на навколишнє середовище нейротоксичних металів і металоїдів, таких як Cd, Pb, Hg і As відповідно, є глобальною проблемою для здоров’я мільйонів людей у ​​всьому світі, що було підкреслено ВООЗ, Десять хімічних речовин, що викликають занепокоєння у сфері громадського здоров’я, 2020. As, Pb, Hg і Cd посідають перше, друге, третє та сьоме місце на основі їх частоти та потенційної токсичності для людини в списку пріоритетів Агентства США. для токсичних речовин і захворювань (Список пріоритетних речовин ATSDR). Наприклад, принаймні 140 мільйонів людей у ​​50 країнах пили воду з вмістом As на рівнях, вищих за рекомендації ВООЗ (Інформаційні довідки ВООЗ про миш’як, 2018 р.).

Порівняльний аналіз нейротоксичних ефектів і адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, починаючи від вуглецевих нанопористих мікророзмірних частинок і закінчуючи вуглецевими наночастинками, ніколи раніше не проводився.

Ці дослідження проводяться у відділі у рамках вищезазначеного проєкту НФДУ 2023.03/0036, вуглецеві матеріали синтезуються в Інституті фізичної хімії ім. Писаржевського НАН України, м. Київ. Було виявлено, що мікро- та нано-частинки, синтезовані з використанням «зелених» принципів методами піролізу з сільськогосподарських відходів, а саме, з сухих яблук та качанів кукурудзи, не впливали на позаклітинні рівні нейротрансмітерів глутамату та ГАМК та мембранний потенціал нервових терміналей (Krisanova et al, 2024). Карбонові частинки з сухих яблук та качанів кукурудзи знижували токсичні ефекти Hg, Pb і Cd на позаклітинні рівні нейротрансмітерів глутамату та ГАМК та на мембранний потенціал нервових терміналей. Завдяки біосуміснсності та здатності нефункціоналізованих карбонових частинок до хелатування важких металів, ці частинки мають вагомі перспективи щодо застосування у біотехнології, медицині та екології.

Проведені у відділі детальні дослідження механізмів токсичного впливу твердих карбонвмісних частинок-забруднювачів повітря, важких металів та їх комплексів є важливими для оновлення методології оцінки ризиків для здоров’я з урахуванням отриманих експериментальних даних та моніторингу забруднення повітря, крім того запропоновані шляхи подолання токсичного впливу важких металів. Ці дані набувають особливого значення під час відновлення після військових дій, оскільки за цих специфічних умов значно підвищується забруднення повітря твердими карбонвмісними частинками, важкими металами, та їх комплексами.

Загалом за цією екологічною тематикою за період 2020-2025 рр. опубліковано 10 наукових статей у міжнародних журналах 1-2 квартилей (Q1-2).

Крім того, у рамках Латвійсько -Українського проєкту МОН та напряму класична нейрохімія проведено модулювання синаптичної нейропередачі нейроактивними речовинами та наночастинками, зокрема за дії блокатору Sig-1 рецепторів NE-100, який може бути використаний як фармакологічний модулятор ГАМКергічної нейропередачі. Встановлено, що транспорт ГАМК особливо чутливий до дії антагоністу Sig-1 рецепторів NE-100, якій спричиняє суттєві зміни на пресинаптичному рівні та може бути використаний як фармакологічний модулятор ГАМКергічної нейропередачі (Pozdnyakova et al, 2020).

Розроблено підхід для моніторингу процесу формування динамічної глутаматної біокорони на поверхні наночастинок γ-Fe2O3 та виявлено компоненти, відповідальні за її десорбцію, що може бути використано для доставки глутамату до нервової системи, або для адсорбції глутамату при інсульті, травмах мозку, епілепсії та лікуванні раку з подальшим його видаленням за допомогою магнітного поля, оскільки надмірна концентрація позаклітинного глутамату є характерною рисою вищезазначених патологій (Paliienko et al, 2020).

Проведено модулювання синаптичної нейропередачі за дії гадоліній-вмісних наногібридів, а також одночасного виснаження холестеролу плазматичної мембрани нервових терміналей та гіпотермії. Доведено, що гадоліній-вмісні наногібриди з доведеною здатністю лікування метастазів мозку не змінюють транспортер-залежне накопичення та вивільнення збуджуючого нейромедіатора глутамату з нервових терміналей  головного мозку щурів, що свідчить про відсутність їх нейротоксичності (Borisova et al, 2021).

Проведено модулювання синаптичної нейропередачі за одночасного виснаження холестеролу плазматичної мембрани нервових терміналей та гіпотермії. Показаний адитивний нейропротекторний ефект за комбінованої дії виснаження холестеролу з мембрани нервових терміналей та гіпотермії, причому виснаження холестеролу не може нормалізувати спричинених гіпотермією змін ліпідного порядку плазматичної мембрани нервових терміналей (Pastukhov et al, 2020).

Доведено механізм дії антивірусного препарату ремдесивир. Вперше показано, що ремдесивір спроможний збільшувати провідність пласкої бішарової мембрани шляхом утворення стабільних потенціалозалежних неіоноселективних пор. Показано, що ремдесивир знижував вивільнення нейротрансмітерів шляхом екзоцитизу. Ремдесивір не провокував розвиток ексайтотоксичності та не змінював пасивну проникність мембрани для нейромедіаторів. Однак, зниження позаклітинного рівня [3H]ГАМК за дії ремдесивіру може послабити синаптичне гальмування та змінити баланс збудливих та гальмівних сигналів. Наші дані свідчать про те, що дозування ремдесивіру під час противірусної терапії слід точно контролювати, щоб запобігти можливій нейромодулюючій дії на пресинаптичному рівні (Krisanova et al, 2022).

Показано, що комплексоутворення людського сироваткового альбуміну з кверцетином відбувається із зміною вторинної структури протеїну внаслідок зміни гідрофобного локального середовища поблизу залишку амінокислоти Trp214, що важливо для створення самозбірних наноструктур у біотехнології (Holovko et al, 2024).

Увагу приділено також дослідженню комунікації кишечник-мозок, що є найперспективним сучасним напрямом досліджень для непрямого корегування нейрологічних розладів  (Dorofeyev et al, 2023).

У 2025 році у відділі отримано науково-інноваційний проект Horizon Europe.

Результати дослідженнь відділу створюють нейрохімічне підґрунтя та відкривають шляхи до подолання нейрологічних розладів. У всьому світі є значний інтерес до вирішення проблеми контролю нейрональної активності, профілактики та діагностики нейропатологій, ідентифікації тригерних факторів розвитку нейродегенеративних захворювань.

Відібрані публікації

  1. Durand A., Borisova T., Lux F., Howard J.A., Tillement A., Kuznietsova H.,  Dziubenko, Lysenko V., David L., Morel  D.,  Berbeco R., Komisarenko  S., Tillement O., Deutsch  E. Enhancing radioprotection: A chitosan-based chelating polymer is a versatile radioprotective agent for prophylactic and therapeutic interventions against radionuclide contamination // Plos one. - 2024. – V.19. – No 4, e0292414. DOI: 10.1371/journal.pone.0292414 Q1
  2. Pozdnyakova N., Krisanova N., Pastukhov A., Dudarenko M., Tarasenko A., Borysov A., Kalynovska L., Paliienko K., Borisova T. Multipollutant reciprocal neurological hazard from smoke particulate matter and heavy metals cadmium and lead in brain nerve terminals. // Food Chem Toxicol. - 2024. – 185. - 114449. https://doi.org/10.1016/j.fct.2024.114449 IF 3.9, Q1/Q2
  3. Krisanova N., Pastukhov A., Dekaliuk M., Dudarenko M., Pozdnyakova N., Driuk M., Borisova T. Mercury-induced excitotoxicity in presynaptic brain nerve terminals: modulatory effects of carbonaceous airborne particulate simulants.// Environ Sci Pollut Res Int. - -- V. 31, No 3. – P. 3512–3525. https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-023-31359-x IF 5.6; Q1
  4. Zhylkybayeva N., Paliienko K., Topchylo A., Zaderko, Géloën A., Borisova T., Grishchenko L., Mariychuk R., Skryshevsky V., Mussabek G., LysenkoV. Size dependent properties of Gd3+-free versus Gd3+-doped carbon dots for bioimaging application // Sci Rep. - 2024. – V. 14, 27812. https://doi.org/10.1038/s41598-024-76500-z Q1
  5. Orlovska I., Zubova G., Shatursky O., Kukharenko O., Podolich O., Gorid'ko T., Kosyakova H., Borisova T., Kozyrovska N. Extracellular membrane vesicles derived from Komagataeibacter oboediens exposed on the International Space Station fuse with artificial eukaryotic membranes in contrast to vesicles of reference bacterium // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)- - 2024. - V. 1866, No 3. - 184290. doi: 10.1016/j.bbamem.2024.184290 Q1/Q2
  6. Shatursky O.Y., Krisanova N.V., Pozdnyakova N., Pastukhov A.O., Dudarenko M, Kalynovska L, Shkrabak A.A., Veklich T.O., Selikhova A.I., Cherenok S.O., Borisova T.A., Kalchenko V.I., Kosterin S.O. Substitution of bridge carbons for sulphur in calix[4]arene-bis-α-hydroxymethylphosphonic acid transformed mobile carrier into ionic channel accompanied with evoked muscle contraction and impaired neurotransmission powered by membrane action of resulting thiocalix[4]arene-bis-α-hydroxymethylphosphonic acid. // Toxicol In Vitro. - 2024. - V. 98. - 105815. doi: 10.1016/j.tiv.2024.105815, Q2
  7. Krisanova N, Pozdnyakova N, Pastukhov A, Dudarenko M, Tarasenko A, Borysov A, Driuk M, Tolochko A, Bezkrovnyi O, Paliienko K, Sivko R, Gnatyuk O, Dovbeshko G, Borisova T. Synergistic neurological threat from Сu and wood smoke particulate matter. Food Chem Toxicol. - 2024. – V.193. - 115009. doi: 10.1016/j.fct.2024.115009. IF 3.9, Q1/Q2
  8. Holovko OO, Dmytrenko OP, Lesiuk AI, Kulish MP, Pavlenko OL, Naumenko AP, Pinchuk-Rugal TM, Kaniuk MI, Veklich TO. Mechanisms of the interaction of bovine serum albumin with quercetin. Mol Cryst Liq Cryst 2024;768:29–43. https://doi.org/10.1080/15421406.2023.2238505.
  9. Kuznietsova H., Dziubenko N., Paliienko K., Pozdnyakova N., Krisanova N., Pastukhov A., Lysenko T., Dudarenko M., Skryshevsky V. Lysenko V., Borisova. A comparative multi-level toxicity assessment of carbon-based Gd-free dots and Gd-doped nanohybrids from coffee waste: hematology, biochemistry, histopathology and neurobiology study. // Scientific Reports. – 2023. – V. 13, Article number: 9306. https://doi.org/10.1038/s41598-023-36496-4. IF 4.6, Q1
  10. Pastukhov A., Paliienko K., Pozdnyakova N. Krisanova N., Dudarenko M., Kalynovska L., Tarasenko A., Gnatyuk O., Dovbeshko G. Borisova T. Disposable facemask waste combustion emits neuroactive smoke particulate matter. // Scientific Reports. – 2023. - 13, 17771. https://doi.org/10.1038/s41598-023-44972-0. IF 4.6, Q1
  1. Paliienko K., Topchylo A., Alekseev S., Géloën A., Milovanov Y., Lysenko T., Skryshevsky V., Borisova T., Lysenko V. Green Synthesis of biocompatible Gd3+-doped Ultrasmall Carbon-based Nanohybrids from Coffee Wastes. // Carbon Resources Conversion (2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.crcon.2023.09.001 IF 6.0, Q1/Q2
  2. Gaskin M., Topcheva O., Priss A., Borisova T., Shvadchak V.V. Dopamine-Induced Oligomers of α-Synuclein Inhibit Amyloid Fibril Growth and Show No Toxicity // ACS Chemical Neuroscience. – – V. 14(11), P. 2027–2034. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.2c00815. IF 5.0, Q1/Q2.
  3. Korbush М.Iu., Serhiichuk Т.M., Yumyna Y.M., Borisova Т.O., Tolstanova G.M. The Effect of Particulate Matter of Natural and Anthropogenic Origin on Growth Indicators and Sensitivity to Antibiotics of Escherichia coli B906 // Microbiological journal. -2023.- V (4). P. 34—45. https://doi.org/10.15407/microbiolj85.04.034
  4. Dubyk K., Borisova T., Paliienko K. Krisanova N., Isaiev M., Alekseev S., Skryshevsky V., Lysenko V. Geloen A. Bio-distribution of Carbon Nanoparticles Studied by Photoacoustic Measurements. // Nanoscale Res Lett. – 2022. - 17, 127. https://doi.org/10.1186/s11671-022-03768-3. IF 6.5, Q1/Q2.
  5. Pozdnyakova N., Krisanova N., Pastukhov A., Tarasenko A., Dudarenko M., Chernykh A., Pashenko A., Ryabukhin S., Tolstanova G., Volochnyuk D., Borisova T. Neuromodulation by selective angiotensin-converting enzyme 2 inhibitors. // – 2022. – V. 498. – P. 155-173. doi: 10.1016/j.neuroscience.2022.07.003. IF 3.7, Q2.
  6. Dorofeyev A., Dorofeyeva A., Borysov A., Tolstanova G., Borisova T. Gastrointestinal health: changes of intestinal mucosa and microbiota in patients with ulcerative colitis and irritable bowel syndrome from PM5-polluted regions of Ukraine// Environ Sci Pollut Res Int. - 2022. doi: 10.1007/s11356-022-22710-9. IF 5.19, Q1/Q2.
  7. Paliienko K., Korbush M., Krisanova N., Pozdnyakova N., Borysov A., Tarasenko A., Pastukhov A., Dudarenko M., Kalynovska L., Grytsaenko V., Garmanchuk L., Dovbynchuk T., Tolstanova G., Borisova T. Similar in vitro response of rat brain nerve terminals, colon preparations and COLO 205 cells to smoke particulate matter from different types of wood. // – 2022. – V.93. – P. 244-256. doi: 10.1016/j.neuro.2022.10.009. IF 4.4, Q1/Q2.
  8. Rayevsky A.V., Poturai A.S., Kravets I.O., Pashenko A.E., Borisova T.A,. Tolstanova G.M., Volochnyuk D.M., Borysko P.O., Vadzyuk O.B., Alieksieieva D.O., Zabolotna Y., Klimchuk O., Horvath D., Marcou G., Ryabukhin S.V., Varnek A. In Vitro Evaluation of In Silico Screening Approaches in Search for Selective ACE2 Binding Chemical Probes. // – 2022. – V. 27, No 17: Article number 5400. doi: 10.3390/molecules27175400. IF 4.9, Q1/Q2.
  9. Krisanova, N.Pozdnyakova, A.Pastukhov, M.Dudarenko, O. Shatursky, O. Gnatyuk, U. Afonina, K. Pyrshev, G. Dovbeshko, S. Yesylevskyy, T. Borisova. Amphiphilic anti-SARS-CoV-2 drug remdesivir incorporates into the lipid bilayer and nerve terminal membranes influencing excitatory and inhibitory neurotransmission Biochim Biophys Acta Biomembranes. 2022 Aug 1;1864(8):183945. doi: 10.1016/j.bbamem.2022.183945. [Q1]
  10. Shatursky, A Demchenko, I. Panas, N. Krisanova, N. Pozdnyakova, T. Borisova. The ability of carbon nanoparticles to increase transmembrane current of cations coincides with impaired synaptic neurotransmission Biochim Biophys Acta - Biomembranes, V. 1864, Is.1, 1 2022, 183817 [Q1]
  11. Tarasenko, N. Pozdnyakova, K. Paliienko, A. Borysov, N. Krisanova, A. Pastukhov, O. Stanovyi, O. Gnatyuk, G. Dovbeshko, T. Borisova A comparative study of wood sawdust and plastic smoke particulate matter with a focus on spectroscopic, fluorescent, oxidative, and neuroactive properties. Environmental science and pollution research 2022 v.29 no.25 pp. 38315-38330. Q1/Q2.
  12. Kravets, I.O., Dudenko, D.V., Pashenko, A.E., Borisova, T.A., Tolstanova, G.M., Ryabukhin, S.V., Volochnyuk, D.M. Virtual screening in search for a chemical probe for angiotensin-converting enzyme 2 (Ace2), Molecules, 2021, 26(24), 7584
  13. Shatursky, K. Manoilov, O..Gorbatiuk,M. Usenko,D. Zhukova, A.I.Vovk, O. Kobzar, I. Trikash, T.Borisova, D. .Kolibo, S. Komisarenko The geometry of diphtheria toxoid CRM197 channel assessed by thiazolium salts and nonelectrolytes Biophysical Journal, 2021, P. 2577-2591[ Q1 journal]
  14. Borisova, N. Pozdnyakova, N. Krisanova, A. Pastukhov, M. Dudarenko, K.Paliienko, V. Grytsaenko, F. Lux, V. Lysenko, P. Rocchi, S. Komisarenko, O. Tillement Unique features of brain metastases-targeted AGuIX nanoparticles vs their constituents: A focus on glutamate-/GABA-ergic neurotransmission in cortex nerve terminals Food and Chemical Toxicology, 2021.-V 149, 112004 [Q1 journal, impact factor 6]
  15. Borisova, N.Pozdnyakova, M.Dudarenko, N.Krisanova, S. Andronati GABAA receptor agonist cinazepam and its active metabolite 3-hydroxyphenazepam act differently at the presynaptic site European Neuropsychopharmacology 2021.- V.45, P. 39-51 [Q1 journal, impact factor 4,6]
  16. M Obolenskaya, V Dotsenko, O Martsenyuk, S Ralchenko, O Krupko, A Pastukhov, N Filimonova, D Starosila, S Chernykh, T Borisova A new insight into mechanisms of interferon alpha neurotoxicity: Expression of GRIN3A subunit of NMDA receptors and NMDA-evoked exocytosis Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, 2021 110317[Q1 journal, impact factor 4,4]
  17. Borysov A., Tarasenko A., Krisanova N., Pozdnyakova N., Pastukhov A., Dudarenko M., Paliienko K., Borisova T. Plastic smoke aerosol: Nano-sized particle distribution, absorption/fluorescent properties, dysregulation of oxidative processes and synaptic transmission in rat brain nerve terminals. Environmental Pollution, 2020 - V. 263, Part A, 114502 [Q1 journal, impact factor 8]
  18. Pozdnyakova N, Krisanova N, Dudarenko M, Vavers E., Zvejniece L., Dambrova M., Borisova T. Inhibition of sigma-1 receptors substantially modulates GABA and glutamate transport in presynaptic nerve terminals. Experimental Neurology. – 2020. – V.333. - 113434. doi:10.1016/j.expneurol.2020.113434. [Q1, impact factor 5.3]
  19. Pastukhov A, Krisanova N., Pyrshev K., Borisova Dual benefit of combined neuroprotection: Cholesterol depletion restores membrane microviscosity but not lipid order and enhances neuroprotective action of hypothermia in rat cortex nerve terminals. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 2020 – V.1862, 9, - P.183362 [Q1 journal]
  20. Borisova, T., Komisarenko, S. Air pollution particulate matter as a potential carrier of SARS-CoV-2 to the nervous system and/or neurological symptom enhancer: arguments in favor. Environ Sci Pollut Res. - 2020. https://doi.org/10.1007/s11356-020-11183-3 [[Q1-Q2]
  21. Paliienko K., Pastukhov A., Babič M., Horák D., Vasylchenko O., Borisova T. Transient coating of γ-Fe2O3 nanoparticles with glutamate for its delivery to and removal from brain nerve terminals. Beilstein J. Nanotechnol. – 2020. – V.11. – P. 1381–1393. [Q2 journal, impact factor 3,15] https://doi.org/10.3762/bjnano.11.122
  22. Shelestov A, Kolotii A, Borisova T, Turos O, Milinevsky G, Gomilko I, Bulanay T, Fedorov O, Shumilo L, Pidgorodetska L, Kolos L, Borysov A, Pozdnyakova N, Chunikhin A, Dudarenko M, Petrosian A, Danylevsky V, Miatselskaya N, Choliy V. Essential variables for air quality estimation. Int J Digit Earth 2020;13:278–98. https://doi.org/10.1080/17538947.2019.1620881.
  23. Pozdnyakova N, Dudarenko M, Borisova T. Age-Dependency of Levetiracetam Effects on Exocytotic GABA Release from Nerve Terminals in the Hippocampus and Cortex in Norm and After Perinatal Hypoxia. Cell Mol Neurobiol 2019;39:701–14. https://doi.org/10.1007/s10571-019-00676-6.
  24. Krisanova N, Pozdnyakova N, Pastukhov A, Dudarenko M, Maksymchuk O, Parkhomets P, Sivko R, Borisova T. Vitamin D3 deficiency in puberty rats causes presynaptic malfunctioning through alterations in exocytotic release and uptake of glutamate/GABA and expression of EAAC-1/GAT-3 transporters. Food Chem Toxicol 2019;123:142–50. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.10.054.
  25. Pastukhov A, Borisova T. Levetiracetam-mediated improvement of decreased NMDA-induced glutamate release from nerve terminals during hypothermia. Brain Res 2018;1699:69–78. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.06.032.
  26. Borisova T. Nervous System Injury in Response to Contact With Environmental, Engineered and Planetary Micro- and Nano-Sized Particles. Front Physiol 2018;9:728. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00728.
  27. Pozdnyakova N. Consequences of perinatal hypoxia in developing brain: Changes in GABA transporter functioning in cortical, hippocampal and thalamic rat nerve terminals. Int J Dev Neurosci 2017;63:1–7. https://doi.org/10.1016/j.ijdevneu.2017.09.002.
  28. Borisova T, Dekaliuk M, Pozdnyakova N, Pastukhov A, Dudarenko M, Borysov A, Vari SG, Demchenko AP. Harmful impact on presynaptic glutamate and GABA transport by carbon dots synthesized from sulfur-containing carbohydrate precursor. Environ Sci Pollut Res 2017;24:17688–700. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9414-6.
  29. Borisova T, Borysov A, Pastukhov A, Krisanova N. Dynamic Gradient of Glutamate Across the Membrane: Glutamate/Aspartate-Induced Changes in the Ambient Level of L-[(14)C]glutamate and D-[(3)H]aspartate in Rat Brain Nerve Terminals. Cell Mol Neurobiol 2016;36:1229–40. https://doi.org/10.1007/s10571-015-0321-4.
  30. Borisova T, Pozdnyakova N, Shaitanova E, Gerus I, Dudarenko M, Haufe G, Kukhar V. Effects of new fluorinated analogues of GABA, pregabalin bioisosters, on the ambient level and exocytotic release of [(3)H]GABA from rat brain nerve terminals. Bioorg Med Chem 2017;25:759–64. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2016.11.052.
  31. Pozdnyakova N, Dudarenko M, Borisova T. New effects of GABAB receptor allosteric modulator rac-BHFF on ambient GABA, uptake/release, Em and synaptic vesicle acidification in nerve terminals. Neuroscience 2015;304:60–70. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2015.07.037.
  32. Borisova T. The neurotoxic effects of heavy metals: alterations in acidification of synaptic vesicles and glutamate transport in brain nerve terminals. Horizons Neurosci Res, vol. 14. Nova Scien, 2014, p. 89–112. https://doi.org/10.1177/1056492603260739.
  33. Pozdnyakova N, Dudarenko M, Yatsenko L, Himmelreich N, Krupko O, Borisova T. Perinatal hypoxia: different effects of the inhibitors of GABA transporters GAT1 and GAT3 on the initial velocity of [3H]GABA uptake by cortical, hippocampal, and thalamic nerve terminals. Croat Med J 2014;55:250–8. https://doi.org/10.3325/cmj.2014.55.250.
  34. Soldatkin O, Nazarova A, Krisanova N, Borysov A, Kucherenko D, Kucherenko I, Pozdnyakova N, Soldatkin A, Borisova T. Monitoring of the velocity of high-affinity glutamate uptake by isolated brain nerve terminals using amperometric glutamate biosensor. Talanta 2015;135:67–74. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2014.12.031.
  35. Shatursky OY, Romanenko O V., Himmelreich NH. Long open amphotericin channels revealed in cholesterol-containing phospholipid membranes are blocked by thiazole derivative. J Membr Biol 2014;247:211–29. https://doi.org/10.1007/s00232-013-9626-8.
  36. Krisanova N, Kasatkina L, Sivko R, Borysov A, Nazarova A, Slenzka K, Borisova T. Neurotoxic potential of lunar and martian dust: influence on em, proton gradient, active transport, and binding of glutamate in rat brain nerve terminals. Astrobiology 2013;13:679–92. https://doi.org/10.1089/ast.2012.0950.
  37. Krisanova N, Sivko R, Kasatkina L, Borуsov A, Borisova T. Excitotoxic potential of exogenous ferritin and apoferritin: changes in ambient level of glutamate and synaptic vesicle acidification in brain nerve terminals. Mol Cell Neurosci 2014;58:95–104. https://doi.org/10.1016/j.mcn.2013.12.002.
  38. Borisova T, Nazarova A, Dekaliuk M, Krisanova N, Pozdnyakova N, Borysov A, Sivko R, Demchenko AP. Neuromodulatory properties of fluorescent carbon dots: effect on exocytotic release, uptake and ambient level of glutamate and GABA in brain nerve terminals. Int J Biochem Cell Biol 2015;59:203–15. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2014.11.016.
  39. Pozdnyakova N, Yatsenko L, Parkhomenko N, Himmelreich N. Perinatal hypoxia induces a long-lasting increase in unstimulated gaba release in rat brain cortex and hippocampus. the protective effect of pyruvate. Neurochem Int 2011;58:14–21. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2010.10.004.
  40. Tarasenko A, Krupko O, Himmelreich N. Presynaptic kainate and NMDA receptors are implicated in the modulation of GABA release from cortical and hippocampal nerve terminals. Neurochem Int 2011;59:81–9. https://doi.org/10.1016/J.NEUINT.2011.04.017.
  41. Tarasenko AS, Sivko R V, Krisanova N V, Himmelreich NH, Borisova TA. Cholesterol depletion from the plasma membrane impairs proton and glutamate storage in synaptic vesicles of nerve terminals. J Mol Neurosci 2010;41:358–67. https://doi.org/10.1007/s12031-010-9351-z.