Dr. Matthew Pamenter

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Full Name

Dr. Matthew Pamenter

Academic Profile

Summary

Understanding how animals survive in low-oxygen environment to develop solutions to protect people against clinically relevant diseases, help people who get altitude related illnesses, and also people who exercise and visit high altitude areas

Long description

Lack of oxygen, or hypoxia, is a factor in several of the leading causes of death in Canada, including cardiac diseases, respiratory diseases and stroke.

Most research into what causes these diseases is performed on mice and rats. But these animals, like humans, are intolerant of hypoxia—so researchers can only use them to search for ways to repair damage after the fact.

As Canada Research Chair in Comparative Neurophysiology, Dr. Matthew Pamenter is looking for a new, more proactive approach to studying hypoxia. He and his research team are studying hypoxia-tolerant species—such as naked mole rats—that have lived in hypoxic (low-oxygen) environments for thousands of years.

This approach allows Pamenter and his team to identify the strategies these animals have developed over time to protect themselves from the damage caused by low-oxygen environments. It is also a first step in identifying possible ways to prevent damage caused by hypoxia before it occurs.

By studying extremely hypoxia-tolerant mammals, Pamenter and his team are hoping to better understand the mechanisms that naturally protect the brain, heart and whole organisms against the damaging effects of hypoxia. Their goal is to learn how some species have evolved to adapt to oxygen deficiency. This knowledge could lead to new strategies and therapies to treat diseases related to hypoxia.

Type of institution

University

Address

University of Ottawa, Laurier Avenue East, Ottawa, ON, Canada

Institution

University of Ottawa

I have a knowledge mobilization grant.

Yes

Website

http://www.uottawa.ca

Industry

Agriculture, forestry, fishing and hunting

Animal production and aquaculture

Health care and social assistance

Hospitals

Video Transcript

Transcription

Transcript (English)
 
Introduce your team
 
My name is Dr. Matthew Pamenter. I’m an Assistant Professor and Canada Research Chair in comparative neurophysiology at the University of Ottawa.
 
Describe your research
 

We’re primarily interested in hypoxia. Hypoxia is a condition where there is not enough oxygen available to meet an organism’s basic metabolic requirements. In nature you’ll find this sort of condition at high altitude, in underground burrows and in lots of other environments like that.

 

Within the human body it’s a component of a lot of pathophysiologies. Things like heart attack and stroke, anemia, and chronic pulmonary disorders. There are lots of different ways that we can mitigate the effects of systemic hypoxia. You can increase the delivery of oxygen by increasing your breathing or your heart rate or you can decrease your metabolic rate. We study both sides of this equation in the lab, so we study control of breathing, physiological responses that involve cardiac changes, and we look at metabolic responses as well.

 

At the cellular level we look at mitochondrial plasticity and ways in which cells are able to reduce their metabolic demand and conserve energy in a hypoxic environment. We take a comparative approach and we study animals that have naturally evolved to live in environments where there is not a lot of oxygen and we study their physiological responses and their molecular responses to hypoxia to understand how at the tissue level they’re able to survive with less oxygen than we are able to do.

 

As a comparative physiology lab, we use a lot of very non-traditional models in our research. Our primary model research organism is the naked mole rat, which is the most hypoxia tolerant mammal currently identified and we’re currently exploring adaptations to hypoxia throughout the system of this animal ranging from its respiratory control to synaptic control in the brain to cellular adaptations as well.
 
Explain its significance
 
Hypoxia is a critical component of many different disease states and pathologies. It’s also a key factor and a stress for people that live or exercise or soldier into high altitude. Our hope is that by understanding how animals have evolved naturally to survive in those sorts of environments we’re going to gain clear insight into novel ways to protect people against clinically relevant diseases, help people who get altitude related illnesses, and also people who exercise and visit high altitude and suffer negative side effects.
 
Transcript (French)
 
Introduisez votre équipe
 
Mon nom est Matthew Pamenter. Je suis professeur adjoint et détenteur d’une Chaire de recherche du Canada en neurophysiologie comparative à l’Université d’Ottawa.
 
Décrivez votre recherche
 
Nous nous intéressons principalement à l’hypoxie. L’hypoxie est une condition dans laquelle il n’y a pas assez d’oxygène disponible pour répondre aux besoins métaboliques de base d’un organisme. Dans la nature, on peut rencontrer ces conditions à haute altitude, dans les terriers souterrains et dans beaucoup d’autres environnements de ce genre.
 
Dans le corps humain, c’est une composante de plusieurs pathophysiologies telles que les crises cardiaques et les accidents vasculaires cérébraux, l’anémie et les maladies pulmonaires chroniques. Il existe de nombresues façons d’atténuer les effets de l’hypoxie systémique. On peut augmenter l’apport d’oxygène en augmentant la respiration ou la fréquence cardiaque, ou on peut diminuer l’activité métabolique. Nous étudions ces deux solutions en laboratoire. Nous étudions le contrôle respiratoire, les réponses physiologiques qui impliquent le changement de la fréquence cardiaque, et nous étudions également les réponses métaboliques.
 
Au niveau cellulaire, nous étudions la plasticité des mitochondries et la façon par lesquelles les cellules diminuent leurs besoins métaboliques afin de conserver  leur énergie dans un environnement hypoxique. Nous utilisons une approche comparative et étudions des animaux qui se sont adaptés naturellement pour vivre dans les environnements où il n’y a pas beaucoup d’oxygène. Nous étudions leurs réponses physiologiques et moléculaires à l’hypoxie pour comprendre comment, au niveau tissulaire, ils sont capables de survivre avec moins d’oxygène que nous.
 
En tant que laboratoire de physiologie comparative, nous utilisons plusieurs modèles non traditionnels dans nos recherches. Notre  principal organisme modèle de recherche est le rat taupe nu, qui est le mammifère le plus tolérant à l’hypoxie que l’on connaît actuellement. Nous étudions l’adaptation à l’hypoxie dans tous les systèmes de cet animal, du contrôle du système respiratoire au contrôle des synapses dans le cerveau, en passant par les adaptations cellulaires.
 
Quelle est son importance
 
 
L’hypoxie est une composante essentielle de plusieurs maladies et pathologies. L’hypoxie représente également un facteur clé et un stress pour les gens qui vivent, font de l’exercice ou sont soldats en haute altitude. Nous espérons qu’en comprenant comment les animaux ont évolué naturellement  pour survivre dans ce genre d’environnement, nous découvrirons de nouvelles façons de protéger les gens contre les maladies connexes, d’aider les gens qui ont des maladies liées à l’altitude et également les gens qui visitent ou s’entraînent dans des environnements en haute altitude et qui souffrent d’effets secondaires négatifs.