Molecular and genetics approaches for investigation of phospholipase D role in plant cells

The review is devoted to the analysis of publications concerning the role of phospholipase D (PLD) in regulation of metabolism in plant cells. Analysis of molecular and genetic studies suggest that PLD is an important component of various hormonal and stress signaling pathways.Обзор посвящен анализу работ в области исследования роли фосфолипазы D в регуляции метаболизма клеток растений. Анализ работ, проведенных с использованием молекулярных и генетических подходов, позволяет судить о ФЛD как о важном компоненте сигнальных систем ряда гормонов и стрессов.Огляд присвячено аналізу робіт у площині дослідження ролі фосфоліпази D в регуляції метаболізму клітин рослин. Аналіз робіт, виконаних з використанням молекулярних та генетичних підходів, свідчить на користь ФЛD як важливого компонента сигнальних систем низки гормонів і стресів

Calculating the Energy Spectrum of Complex Low-Dimensional Heterostructures in the Electric Field

An algorithm for solving the steady-state Schrödinger equation for a complex piecewise-constant potential in the presence of the E-field is developed and implemented. The algorithm is based on the consecutive matching of solutions given by the Airy functions at the band boundaries with the matrix rank increasing by no more than two orders, which enables the characteristic solution to be obtained in the convenient form for search of the roots. The algorithm developed allows valid solutions to be obtained for the electric field magnitudes larger than the ground-state energy level, that is, when the perturbation method is not suitable

Development of an Ion Sensitive Field Effect Transistor Based Urea Biosensor with Solid State Reference Systems

Ion sensitive field-effect transistor (ISFET) based urease biosensors with solid state reference systems for single-ended and two-ended differential readout electronics were investigated. The sensing membranes of the biosensors were fabricated with urease immobilized in a conducting polymer-based matrix. The responses of 12.9∼198.1 mV for the urea concentrations of 8∼240 mg/dL reveal that the activity of the enzyme was not significantly decreased. Biosensors combined with solid state reference systems were fabricated, and the evaluation results demonstrated the feasibility of miniaturization. For the differential system, the optimal transconductance match for biosensor and reference field-effect transistors (REFET) pair was determined through the modification of the membranes of the REFETs and enzyme field-effect transistors (EnFETs). The results show that the transconductance curve of polymer based REFET can match with that of the EnFET by adjusting the photoresist/Nafion™ ratio. The match of the transconductance curves for the differential pairs provides a wide dynamic operating measurement range. Accordingly, the miniaturized quasi-reference electrode (QRE)/REFET/EnFET combination with differential arrangement achieved similar urea response curves as those measured by a conventional large sized discrete sensor

Potential of using cultivated dermal fibroblasts on the biodegradable polymeric matrices for treating skin damages in the experiment

ФИБРОБЛАСТЫЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЖИВОТНЫХБИОМЕДИЦИНСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯБИОДЕГРАДАЦИЯСОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ КЛЕТКИКРЫСЫ ЛИНИИ WISTARКОЖА /ПОВРЕЖДДЕКСТРАНА ФОСФАТПОЛИЛАКТИДРАНЫ ЗАЖИВЛЕНИЕКЛЕТОК ТРАНСПЛАНТАЦИЯКЛЕТОЧНАЯ ТЕРАПИЯЦель. Оценить возможность применения культивированных дермальных фибробластов на полимер- ных биодеградируемых матрицах для лечения повреждений кожного покрова в эксперименте. Материал и методы. Исследование выполнено на 90 крысах линии Wistar массой тела 180-200 г, с чистыми ранами диаметром 2,5 см. Было сформировано 6 групп – по животных в каждой. Культуру дер- мальных фибробластов выделяли из кожи новорожденных крыс; для накопления необходимой биомассы клеток проводили субпассирование. В 1 группе (контроль) клеточные биопрепараты не применялись. В группах 2-6 для лечения экспериментальных ран были использованы биодеградируемые матрицы (фосфат декстрана либо полилактид) как без клеточного биопрепарата, так и с содержанием культивированных фибробластов в количестве от 250?103 до 700?103 клеток на один раневой дефект. Выводы о влиянии дермаль- ных фибробластов на полимерных биодеградируемых матрицах на раневой процесс делали на основании сравнительного анализа результатов компьютерной планиметрии и морфологического исследования. Результаты. На всех этапах (7, 14, 21, 28 сутки) эксперимента минимальная скорость заживления была зарегистрированы в группе 1. Шестая группа, в которой в рану вносили полилактид, содержащий 700?103 клеток, характеризовалась максимальными – относительно остальных групп – значениями скоро- сти заживления. В микропрепаратах 6 группы на 21 сутки эксперимента отмечена полная эпителизация ра- невого дефекта. Выявлено наличие сильной прямой корреляционной связи между количеством трансплан- тированных клеток и скоростью заживления раневых дефектов на 7 сутки (?=0,923), 14 сутки (?=0,924), а также 21 сутки эксперимента (?=0,914). Заключение. В условиях эксперимента установлено, что локальное применение культивированных дермальных фибробластов на полимерных биодеградируемых матрицах (фосфат декстрана и полилактид) ведет к достоверному сокращению сроков эпителизации раневых дефектов.Objectives. To evaluate the possibility of using of cultivated dermal fibroblasts on the biodegradable polymeric matrices for treating skin damages in the experiment. Methods. The study was performed on 90 rats of Wistar line (180-200 g weight) with pure wounds (D-2,5cm). Six groups were formed, 15 animals per each group. The culture of dermal fibroblasts was isolated from the skin of newborn rats; to accumulate the required biomass of cells subpassage was carried out. The cellular biological products were not applied in group 1 (control). Biodegradable matrices (dextran phosphate or polylactide) were used for treating wounds in the groups 2-6 as matrices without cellular biological product and matrices with cultured fibroblasts (250?103 to 700?103 cells per wound). Conclusion about the impact of biodegradable polymeric matrices with dermal fibroblasts on the wound healing was made on the basis of a comparative analysis of the results of digital planimetry and morphological studies. Results. At all stages (7, 14, 21, 28 days) minimal rate of healing was registered in the first group. The sixth group, where polylactide containing 700?103 cells was added in the wound, is characterized by the biggest values of the healing rate – with respect to other groups. Complete epithelization of the wound defects in the micropreparations of the sixth group was marked by the 21st day of the experiment. The strong direct correlation between the number of transplanted cells and wound rate healing was detected on the 7th day (?=0,923), the 14th day (?=0,924), and the 21st day of the experiment (?=0,914). Conclusion. In the experiment it has been found out, that local application of the cultivated dermal fibroblasts on biodegradable polymer matrices (dextran phosphate and polylactide) results in a significant reduction of terms of the wound epithelization

РЕГУЛЯТОРНЫЕ СВОЙСТВА КВЕРЦЕТИНА В КУЛЬТУРАХ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

The resistance to the oxidative stress, the proliferative activity, the immunophenotype stability, and the ability to differentiate in the adipogenic direction of MSCs from adipose tissue of rats after the incubation of cells in the presence of quercetin has been investigated. The cultivation of MSCs in the presence of 100 nM – 100 mM quercetin enhances the antioxidant defense system activity and the resistance of cells to the oxidative stress, decreases the intracellular ROS content (hydrogen peroxide), and inhibits the adipogenic differentiation of cells. At concentrations of 10–100 nM, polyphenol has a stimulating effect on the proliferative activity of MSCs and does not affect the immunophenotype of cells. At concentrations of 10–100 mM, quercetin decreases the proliferative activity of the cells and changes the expression of markers of multipotent MSCs CD29, CD44, and CD90.Приведено изучение устойчивости к окислительному стрессу, пролиферативной активности, стабильности иммунофенотипа и способности к дифференцировке в адипогенном направлении МСК ЖТ крыс в разные сроки после инкубации клеток в присутствии кверцетина в широком диапазоне его концентраций. Установлено, что культивирование МСК ЖТ в присутствии 100 нМ – 100 мкМ кверцетина увеличивает активность системы антиоксидантной защиты и устойчивость клеток к окислительному стрессу, снижает внутриклеточное содержание АФК (перекись водорода) и ингибирует дифференцировку клеток в адипогенном направлении. В концентрациях 10–100 нМ полифенол оказывает стимулирующее влияние на пролиферативную активность МСК ЖТ и не влияет на иммунофенотип клеток, при концентрациях 10–100 мкМ наблюдается снижение пролиферативной активности и изменение экспрессии маркеров мультипотентных МСК CD29, CD44 и CD90

Клиническое обоснование применения стволовых клеток в лечении рецессии десны

The aim of the study is to improve the results of complex treatment of patients with gingival recession on the basis of validation of new, highly effective methods using autologous mesenchymal stem cells. A complex treatment was conducted in 93 patients with an anatomical recession of the gum in combination with dentoalveolar anomalies at the age of 20 to 29 years. Patients were divided into 3 groups depending on the treatment used. All patients underwent periodontological treatment. In the 2nd group, patients underwent periodontological treatment including orthodontic equipment, in the 3rd group, they underwent orthodontic treatment, and a cell transplant based on a mixture of autologous mesenchymal stem cells and sterile bioplastic collagen material “Collost” was used. A comprehensive assessment of the periodontal tissue of the three groups showed that among the patients who received the standard treatment complex, a good condition of the periodontal tissues in 1 to 2 years after treatment was noted only in 16.7 % of the patients of the 1st group. Inclusion of orthodontic treatment made it possible to obtain good results in 25 % of patients in the 2nd group, which is 8 % more than in the 1st group. At the same time, good treatment results were revealed in 94 % of the 3rd group patients, who underwent periodontological and orthodontic treatment using autologous mesenchymal stem cells, which confirms the need for measures aimed to normalize the position of teeth, dentition and bite with the use of small orthodontic long-acting forces, to improve the microcirculation of periodontal tissues, and to restore the contour of marginal dreams. Inclusion of autologous mesenchymal stem cells in the complex treatment of patients with gingival recession is accompanied by a 1.6-fold decrease in the prevalence and gum recession (1.15 mm), and a 2.6-fold increase in the tissue volume, by the stimulation of periodontal microcirculation processes (the capillary periodontal pressure is increased by a factor of 1.1 time and the intensity of periodontic microcirculation is increased by a factor of 3.1 times), as well as by the normalization of the position of teeth, dentition and occlusion, which allowed one to obtain good long-term results in 94 % of patients.Цель исследования – улучшить результаты лечения пациентов с рецессией десны на основе научного обоснования применения нового высокоэффективного метода с использованием аутологичных мезенхимальных стволовых клеток. Проведено комплексное лечение у 93 пациентов с анатомической рецессией десны в сочетании с зубочелюстными аномалиями в возрасте 20–29 лет. Пациентов распределили на 3 группы в зависимости от примененного лечения. Всем пациентам проводили периодонтологическое лечение. Во 2-й группе пациентам наряду с периодонтологическим лечением включили ортодонтическую аппаратуру, в 3-й группе использовали ортодонтическое лечение и применение клеточного трансплантата на основе смеси аутологичных мезенхимальных стволовых клеток и стерильного биопластического коллагенового материала «Коллост». Комплексная оценка состояния тканей периодонта трех групп показала, что среди получивших стандартный лечебный комплекс хорошее состояние тканей периодонта через 1–2 года после лечения отмечалось лишь у 16,7 % пациентов 1-й группы. Включение ортодонтического лечения позволило получить хорошие результаты у 25 % пациентов 2-й группы, что на 8 % больше, чем в 1-й группе. В то же время хорошие результаты лечения выявлены у 94 % пациентов 3-й группы, которым в комплекс лечебно-профилактических мероприятий включали периодонтологическое и ортодонтическое лечение с использованием аутологичных мезенхимальных стволовых клеток, что подтверждает необходимость применения мероприятий, направленных на нормализацию положения зубов, зубных рядов и прикуса с использованием малых ортодонтических сил длительного воздействия, улучшение микроциркуляции тканей периодонта и восстановление контура маргинальной десны. Включение в комплексное лечение пациентов с рецессией десны аутологичных мезенхимальных стволовых клеток сопровождается уменьшением распространенности (1,6 раза) и интенсивности рецессии десны (1,15 мм), увеличением объема тканей в 2,6 раза, стимуляцией процессов микроциркуляции периодонта (по показателям капиллярного давления периодонта в 1,1 раза и интенсивности микроциркуляции периодонта в 3,1 раза), а также нормализацией положения зубов, зубных рядов и прикуса, что позволило получить хорошие отдаленные результаты у 94 % пациентов

ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ТКАНЕЙ ПЕРИОДОНТА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

A promising scope of modern scientific research is the use of autologous and allogeneic mesenchymal stem cells for regeneration of periodontal tissues. The aim of the study was to evaluate the nature of morphological changes in the pathologically altered periodontal tissues after injection of a biotransplant containing mesenchymal stem cells of the adipose tissue immobilized on a collagen carrier in an animal experiment. In the experiment, 60 randobbred females of white rats were used as a model, whose adipose tissue was taken to obtain allogenic mesenchymal stem cells. All animals were divided into 5 groups, depending on the planned method of treatment – 10 rats each. The control group consisted of 10 laboratory animals with healthy gingiva. The experimental gingival recession model was created by the V-shaped excision of periodontal tissues. The bioplastic collagen material “Collost” gel 7 % in isolated form determines the fibrosis intensification and serves as a “matrix” for the formation of a fibrous tissue, ensures the adhesion of stem cells and their transformation into pro- and fibroblasts. Injection of a cell transplant suspension into physiological saline activates the processes of cell proliferation and transformation of fibroblast differentiating cells. Suspension of the cell transplant on a sterile bioplastic collagen material “Collost” gel 7 % enhances the effects of gel and stem cells, promotes the leveling of atrophic and dystrophic changes in the gum, strengthening a mechanical component, reducing the recession of the gum and the depth of the gingival pocket.Перспективным направлением современных научных исследований является применение аутологичных и аллогенных мезенхимальных стволовых клеток для регенерации тканей периодонта. Целью исследования являлось изучение характера морфологических изменений в тканях патологически измененного периодонта при использовании биотрансплантата на основе мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани, иммобилизированных на коллагеновом носителе в эксперименте на животных. Для эксперимента в качестве модели использовали рандомбредных самок белых крыс в количестве 60 особей, у которых производили забор жировой ткани для получения аллогенных мезенхимальных стволовых клеток. Все животные были разделены на 5 групп в зависимости от планируемого метода лечения – по 10 крыс в каждой. Контрольную группу составили 10 лабораторных животных со здоровой десной. Создание модели экспериментальной рецессии десны осуществляли путем механического иссечения тканей периодонта V-образной формы. Биопластический коллагеновый материал «Коллост» гель 7 % в изолированном виде обусловливает интенсификацию фиброза и служит «матриксом» для формирования фиброзной ткани, обеспечивает адгезию стволовых клеток и их трансформацию в про- и фибробласты. Инъекция суспензии клеточного трансплантата в физиологическом растворе активирует процессы клеточной пролиферации и трансформации клеток фибробластного дифферона. Суспензия клеточного трансплантата на стерильном биопластическом коллагеновом материале «Коллост» гель 7 % усиливает эффекты геля и стволовых клеток, способствует нивелированию атрофических и дистрофических изменений десны, усилению механической компоненты, уменьшению рецессии десны и глубины десневого кармана

Фурье-преобразование в сферических системах как инструмент решения физических задач структурной биологии

Applications of the most common adaptation of Fourier analysis in spherical coordinate systems used to solve a number of problems in structural biology, namely, flat wave decomposition (flat waves are represented as spherical functions decomposition), are herein considered. Arguments in favor of this decomposition are compared with other decompositions in superposition of special functions. A more general justification for the correctness of this decomposition is obtained than that existing today. A method for representing groups of atoms in the form of a Fourier object is proposed. It is also considered what opportunities give such a representation. The prospects for the application of Fourier analysis in structural biophysics are discussed.Рассмотрено применение наиболее распространенной адаптации Фурье-анализа в сферических системах координат для решения ряда задач структурной биологии, а именно: разложения по плоским волнам (при этом плоские волны представляются в виде разложения по сферическим функциям). Приводятся аргументы в пользу этого разложения в сравнении с другими разложениями по суперпозициям специальных функций. Получено более общее обоснование корректности данного разложения, чем существующие в настоящее время. Предложен способ представления групп атомов в виде Фурье-объекта и рассмотрены его возможности. Обсуждаются перспективы применения Фурье-анализа в структурной биофизике

Ion-Sensitive Field-Effect Transistor for Biological Sensing

In recent years there has been great progress in applying FET-type biosensors for highly sensitive biological detection. Among them, the ISFET (ion-sensitive field-effect transistor) is one of the most intriguing approaches in electrical biosensing technology. Here, we review some of the main advances in this field over the past few years, explore its application prospects, and discuss the main issues, approaches, and challenges, with the aim of stimulating a broader interest in developing ISFET-based biosensors and extending their applications for reliable and sensitive analysis of various biomolecules such as DNA, proteins, enzymes, and cells

Влияние аллогеной трансплантации мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани на ноцицептивную чувствительность и репаративные процессы при экспериментальной травме ахиллова сухожилия у крыс

On the model of Achilles tendon injury in rats, the antinociceptive and regenerative effect of allogeneic transplantation of various doses of adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSCs) into the lesion area was studied. It was found that netiher of tested regimens of allogeneic transplantation of ADMSCs contributed to a decrease in the edema of the injured limb. Among the studied regimens, only a twofold administration of 0.25 • 106 ADMSCs exhibited an antinociceptive effect. Administration of 0.50 • 106 ADMSCs promoted the accelerated onset of neovascularization of tendon tissue, while enhancing inflammation and the formation of granulation tissue. Double transplantation of 0.25 • 106 ADMSCs led to accelerated reorganization of collagen fibers, later neovascularization, however, there was an absence of inflammatory infiltrate, lipomatosis, and massive formation of granulation tissue in the lesion area.На модели травмы ахиллова сухожилия у крыс изучен антиноцицептивный и регенеративный эффект аллогенной трансплантации различных доз мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани (МСК ЖТ) в область повреждения. Установлено, что аллогенная трансплантация МСК ЖТ ни в одном из тестируемых режимов не способствовала уменьшению величины отека травмированной конечности. Среди исследуемых режимов только двукратное введение 0,25 • 106 МСК ЖТ оказывало антиноцицептивное действие. Введение 0,50 • 106 МСК ЖТ способствовало ускоренному началу неоваскуляризации ткани сухожилия, одновременно усугубляя воспаление и образование грануляционной ткани. Двукратная трансплантация 0,25 • 106 МСК ЖТ приводила к ускорению реорганизации коллагеновых волокон, более поздней неоваскуляризации, однако наблюдалось отсутствие воспалительного инфильтрата, липоматоза и массивного образования грануляционной ткани в области травмы