Полярографическая ячейка для исследования тканевого дыхания

Тканевое дыхание представляет собой многостадийный биохимический процесс, в ходе которого клетки получают энергию путём окисления органических веществ. Изучение данного процесса актуально для понимания механизмов патогенеза многих заболеваний. Целью данной работы являлось совершенствование метода исследования тканевого дыхания биологических образцов посредством разработки и внедрения полярографической ячейки из эпоксидной смолы. Полярографическая ячейка состоит из корпуса, внутренней камеры для введения биологических образцов и веществ. В верхней части корпуса расположено два отверстия разного диаметра для введения биологических образцов во внутреннюю камеру и свободного выхода из неё измененного объёма жидкости. В нижней части корпуса расположена термостатирующая трубка, выполненная из медицинского поливинилхлорида. Концы термостатирующей трубки выведены наружу и используются для присоединения к внешнему контуру водного термостата. Для работы во внутреннюю камеру ячейки, установленной на магнитную мешалку, вносят жидкую среду (буферный раствор) и биологический образец, устанавливают кислородный электрод, подключённый к многоканальной установке. Кислород-зависимый ток регистрируется программой «Record 4-usb». Оптимальную температуру в ячейке поддерживает водный термостат. После эксперимента жидкость с тканями удаляют, ячейку промывают и сушат. Результаты тестирования по оценке эксплуатационных свойств новой полярографической ячейки, полученные при исследовании скорости потребления кислорода тканевыми фрагментами тонкого кишечника интактных мышей с использованием разобщителя окислительного фосфорилирования – 2,4-динитрофенола, сопоставимы с типичными полярографическими кривыми поглощения кислорода, описанными в классических руководствах. Разработанная модель полярографической ячейки из эпоксидной смолы может стать экономически выгодной альтернативой дорогостоящему оборудованию, обеспечивая надёжность и воспроизводимость результатов. Применение данного устройства расширит доступность методики в медицинских и научных учреждениях, а также будет способствовать улучшению диагностических и фармакологических исследований. Простота эксплуатации, низкая стоимость и высокая воспроизводимость данных делают предложенную ячейку перспективным инструментом для фундаментальных и прикладных исследований в биомедицине.

1. Peterlin AD, Johnson JM, Funai K. Assessment of Bioenergetics in BAT Mitochondria. Methods Mol Biol. 2023;2662:67-75. DOI: 10.1007/978-1-0716-3167-6_6

2. Liang T, Dunn J, Zou X, Nayak B, Ikeno Y, Fan L, Bai Y. Characterizing the Electron Transport Chain: Functional Approach Using Extracellular Flux Analyzer on Mouse Tissue Samples. Methods Mol Biol. 2022;2497:117-128. DOI: 10.1007/978-1-0716-2309-1_8

3. Vial G, Guigas B. Assessing Mitochondrial Bioenergetics by Respirometry in Cells or Isolated Organelles. Methods Mol Biol. 2018;1732:273-287. DOI: 10.1007/978-1-4939-7598-3_18

4. Peterlin AD, Johnson JM, Funai K. Assessment of Bioenergetics in BAT Mitochondria. Methods Mol Biol. 2023;2662:67-75. DOI: 10.1007/978-1-0716-3167-6_6

5. Roussakis E, Li Z, Nichols AJ, Evans CL. Oxygen-Sensing Methods in Biomedicine from the Macroscale to the Microscale. Angew Chem Int Ed Engl. 2015;54(29):8340-62. DOI: 10.1002/anie.201410646

6. Bernasconi S, Angelucci A, De Cesari A, Masotti A, Pandocchi M, Vacca F, Zhao X, Paganelli C, Aliverti A. Recent Technologies for Transcutaneous Oxygen and Carbon Dioxide Monitoring. Diagnostics (Basel). 2024;14(8):785. DOI: 10.3390/diagnostics14080785

7. Oxitherm+Chamber // Hansatech Instruments URL: https://www.hansatech-instruments.com/product/oxytherm-system/ (date of access: 10.04.2025)

8. Long Q, Huang L, Huang K, Yang Q. Assessing Mitochondrial Bioenergetics in Isolated Mitochondria from Mouse Heart Tissues Using Oroboros 2k-Oxygraph. Methods Mol Biol. 2019;1966:237-246. DOI: 10.1007/978-1-4939-9195-2_19

9. Hall A, Moghimi SM. Determination of Polycation-Mediated Perturbation of Mitochondrial Respiration in Intact Cells by High-Resolution Respirometry (Oxygraph-2k, OROBOROS). Methods Mol Biol. 2019;1943:313-322. DOI: 10.1007/978-1-4939-9092-4_20

10. Erich Gnaiger1, Timea Komlódi1, Sabine Schmitt1, Cristiane Cecatto1, Lukas Gradl, Philipp Gradl O2k-Manual: O2k-FluoRespirometer. Oroboros Ecosystem Mitochondrial Physiology Network. 2023;22.11(11):1-16.

11. Патент на полезную модель № 13547 Беларусь. Полярографическая ячейка из эпоксидной смолы : заявл. 23.05.2024: опубл. 05.09.2024 / А.Н. Коваль, Е.М. Белоус, Н.С. Мышковец ; заявитель Гомельский государственный медицинский университет.

12. Patent of the Republic of Belarus for utility model No. 13547. Polarographic cell made of epoxy resin : application dated 05/23/2024 : published 05/9/2024 / A.N. Koval, E.M. Belous, N.S. Myshkovets; applicant Gomel State Medical University. (In Russ.).

13. Белоус Е.М., Логвинович О.С. Тканевое дыхание фрагментов тонкого кишечника мышей. Актуальные проблемы общей и клинической биохимии. Сборник материалов республиканской научно-практической конференции, Гродно, 27 июня 2025 года. – Гродно: Гродненский государственный медицинский университет, 2025:196-200.

14. Belous E.M, Logvinovich OS. Tissue respiration of fragments of the small intestine of mice // Actual problems of general and clinical biochemistry. – 2025: collection of materials of the Republican scientific and practical conference, Grodno, June 27, Grodno: Grodno State Medical University. 2025;196-200.