Научно-исследовательские работы по гранту Российского научного фонда под руководством профессора базовой кафедры ЮНЦ РАН «Технические средства аквакультуры» ДГТУ, д. биол. н. Елены Пономаревой длились три года. Сумма гранта составила 18 млн руб.
Ученым ДГТУ и ЮНЦ РАН удалось подтвердить выдвинутую на начальном этапе работы по гранту гипотезу о том, что акустическо-механическое воздействие на биологический материал создает условия для быстрого проникновения протектора внутрь клетки и облегчает сам процесс замораживания, а также повышает выживаемость клеток после заморозки. Полученные показатели акустическо-механического воздействия могут быть рекомендованы для использования в технологиях низкотемпературного консервирования.
– Для того чтобы клетки не погибали при низких температурах, мы использовали разные электрофизические методы быстрого проникновения протектора через клеточные мембраны, среди них – низкочастотные токи и определенные механические колебания, – рассказала руководитель гранта Елена Пономарева.
Ученые изучили влияние акустическо-механического воздействия разработанных пьезоактуаторов с оптимальными параметрами на выживаемость репродуктивных клеток разных видов осетровых рыб: стерляди (Acipeser ruthenus Linnaeus, 1758), русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii Brandt et Ratzeburg, 1833), сибирского осетра (Acipenser baeri Brandt) и белуги (Huso huso Linnaeus, 1758).
Специалисты разработали математическую модель диффузии компонента криоагента сквозь мембрану клетки, что позволило моделировать его поведение во время этой процедуры.
Кроме того, исследователи изучили особенности кристаллообразования частиц льда после акустическо-механического воздействия пьезоактуаторов на консервирующие растворы (криопротекторы), а также выполнили математическое и компьютерное моделирование кристаллообразования, в результате которого и был разработан программный модуль интеллектуального управления процессом замораживания репродуктивных клеток рыб с применением акустическо-механических полей для выбора оптимальных параметров управлением процессом.
– Изучение выживаемости, двигательной активности и фертильности спермиев установило влияние акустическо-механического воздействия на физиологическое состояние спермиев осетровых рыб, процент активно движущихся клеток русского осетра составил 69%, стерляди – 71%. В контроле – 37% и 40% соответственно. Оплодотворение яйцеклеток русского осетра и стерляди показало, что спермии имели высокий процент оплодотворения – 70 – 75%, – пояснила Елена Пономарева.
По словам руководителя гранта, эксперименты по оплодотворению яйцеклеток стерляди дефростированной(размороженной) спермой своего вида показали, что спермии в сравнении с контролем после акустическо-механического воздействия с частотой 500 Гц имели высокий процент оплодотворения – 69%. В случае оплодотворения икры стерляди спермой русского осетра при тех же условиях процент оплодотворения варьировался от 50% до 65%. Свободные эмбрионы и личинки, полученные из криоспермы, по развитию не отличались от потомства из нативной спермы.
Ученые подготовили и подали заявки на получение двух патентов – «Установка для акустическо-механического воздействия при низкотемпературном консервировании» и «Способ акустическо-механического воздействия при низкотемпературном консервировании».
Справка:
Пьезоактуатор – это специальное устройство, изготовленное из пьезокерамики и позволяющее преобразовывать электрическое напряжение в механические колебания.
Криопротекторы – вещества, защищающие живые объекты от повреждающего действия замораживания. Криопротекторы используют при низкотемпературном хранении живых объектов.