Лаборатория математической физиологии была организована во время создания Института иммунологии и физиологии УрО РАН в 2003 году на базе лаборатории биофизики и математического моделирования, которая была создана при реорганизации отдела молекулярно-клеточной биомеханики Института физиологии Коми НЦ УрО РАН (1996 – 2000 гг.), руководимого В.С. Мархасиным, в Екатеринбургский филиал Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (2000 – 2003 гг.).
Научные направления
- Разработка алгоритмов взаимодействия между биологическими препаратами миокарда и математическими моделями в рамках гибридных экспериментально-теоретических методик исследования неоднородного миокарда;
- Исследование механизмов регуляции кальцием вызванного высвобождения кальция в рамках биофизических моделей суб-клеточного и клеточного уровня;
- Исследование электрических и механических явлений в неоднородном миокарде при помощи математических моделей миокарда (одномерные, двумерные, трехмерные модели миокардиальной ткани);
- Создание общедоступной виртуальной лаборатории для исследования миокарда - представление разработанных моделей в Интернете, разработка технологии интерактивной работы с моделями для широкого пользователя.
- Исследование механизмов электромеханического сопряжения и механо-электрической обратной связи в кардиомиоцитах при помощи математических моделей сердечной клетки;
Работы по математическому моделированию сократительной функции сердечной мышцы ведутся сотрудниками лаборатории еще с конца 1980-х, когда Изаковым В.Я., Кацнельсоном Л.Б. и Мархасиным В.С. была предложена модель механической активности сердечной мышцы (Katsnelson et al. Journal General Physiology and Biophysics 1990; Izakov et al Circulation Research 1991). С тех пор модель постоянно усовершенствовалась (см., например, Katsnelson & Markhasin Journal of Molecular and Cellular Cardiology 1996; Solovyova et al Chaos, Solitons & Fractals 2002; Solovyova et al., International Journal of Bifurcation and Chaos, 2003 и др.) и в настоящее время описывает широкий класс механических и электрических явлений в однородном и неоднородном миокарде. Модель используется не только в теоретических исследованиях физиологии сердечной мышцы, но и в экспериментально-теоретических исследованиях – в рамках гибридного подхода, где биологические препараты миокарда взаимодействуют с виртуальными сердечными мышцами (математическими моделями).
Научным руководителем лаборатории является член-корреспондент РАН, заслуженный деятель науки РФ, д.б.н. В.С. Мархасин (гл.н.с.), который также руководит межлабораторной научной темой по исследованию механизмов регуляции функции миокарда, объединяющей работу лабораторий биомеханики мышц и математической физиологии.
Инициативные научно-исследовательские проекты сотрудников лаборатории многократно поддерживались российскими грантами в рамках Программы Президиума РАН «Фундаментальная наука-медицине», Президиума УрО РАН, фонда РФФИ, Программы Рособразования «Развитие научного потенциала высшей школы», ФЦП «Интеграция науки и высшего образования России», а также грантами международных фондов INTAS (Европейское Сообщество), The Wellcome Trust (Соединенное Королевство), The Fogarty International Center и CRDF (Национальный институт здоровья США).
Научные связи лаборатории
- Utrecht University, The Netherlands;
- Tulane University, New Orleans, USA;
- Oxford University, United Kingdom;
- Центр биофизики одиночных молекул Университета Буффало, США (рук. проф. Фред Сакс)
- ?cole Polytechnique, France;
- University at Buffalo, USA;
- University of Manchester, United Kingdom;
- Auckland University, New Zealand;
- лаборатория сердечной механики Калифорнийского университета, Сан-Диего, США (рук. Эндрю МакКаллох)
- факультет теоретической биологии Утрехтского университета (проф. Александр Панфилов)
- Областная клиническая больница (ОКБ) № 1 г. Екатеринбурга;
- Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино;
- лаборатория физиологии Оксфордского университета (рук. проф. Денис Нобл и др. Питер Коль)
- Институт математики и механики РАН, Екатеринбург;
- факультет биомедицинского инжиниринга Оклендского университета, Новая Зеландия (рук. проф. Питер Хантер)
- Институт механики МГУ, Москва;
- University of California, San-Diego, USA.
- лаборатория сердечной электрофизиологии Туланского университета, Новый Орлеан, США (рук. проф. Наталья Траянова)
