Российские ученые выяснили как управлять клетками сердца c помощью лазера

Ученые из лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ выяснили как можно контролировать поведение клеток сердечной мышцы - кардиомиоцитов - с помощью излучения лазера; это исследование поможет лучше понять механизмы работы сердца, а в перспективе даст способы борьбы с аритмией. Работа опубликована в журнале PLOS ONE.

“Сейчас этот результат может быть очень полезен для клинических исследований механизмов работы сердца, в будущем, возможно, мы сможем гасить у пациентов приступы аритмии простым нажатием на кнопку”, - говорит ведущий автор исследования и руководитель лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ Константин Агладзе.

Он и его коллеги по лаборатории занимаются «кардио-инженерией». В частности, он и его коллеги смогли вырастить ткани сердечной мышцы на подложке из из «паучьего шелка». Теперь ученые перешли от выращивания мышечной ткани к поиску путей управления ею. Работа начиналась с японскими коллегами в Киото, но завершить ее смогли только сейчас, в МФТИ.

Рис.1 Микрофотография кардиомиоцитов. Фотография предоставлена авторами исследования

Сбои в работе сердечной мышцы, в частности, нарушения сердечного ритма, аритмии - одна из самых распространенных кардиологических патологий. Каждая восьмая смерть в мире вызвана аритмией в острой фазе. Для изучения этого типа сердечных расстройств очень важно иметь возможность создать "аритмию в пробирке", что и помогает сделать вещество azoTAB (бромид триметиламина азобензола), модифицированный вариант азобензола. 

Его молекула состоит из двух бензольных колец, соединенных перемычкой из двух атомов азота. Если молекулу облучить ультрафиолетом, бензольные кольца меняют положение друг относительно друга, “складываются”, а действием видимого света первоначальная конфигурация восстанавливается. Таким образом, молекула азоТАБа может существовать в двух вариантах, переключаясь между ними под действием излучения.

Агладзе и его коллеги “научили” молекулы азоТАБа управлять кардиомиоцитами, так что одна конфигурация не препятствовала произвольным сокращениям (пассивная), а другая (активная )“выключала” сокращения. С помощью устройства, напоминающего проектор, с лазером вместо лампы, ученые создавали в каждой точке нужную концентрацию активной формы азоТАБа. Таким образом они могли управлять кардиомиоцитами в каждой конкретной точке сердца. Однако механизм действия азоТАБа на клетки оставался неясен.

Рис.2 Схема изомеризации азотаба. Схема предоставлена авторами исследования

Теперь ученые сумели объяснить, как разные формы азоТАБа влияют на кардиомиоциты.

Для передачи “команд” от одной клетки к другой служат так называемые ионные каналы, “ворота” для передачи ионов через мембраны клеток. В кардиомиоцитах есть несколько типов каналов, способных пропускать ионы калия, натрия или кальция. Агладзе предположил, что азоТАБ влияет на пропускную способность какого из этих каналов. Ученые провели эксперимент на клетках сердца мышей, которые были помещены в раствор азоТАБа в двух разных концентрациях. Затем на них воздействовали светом с разной длиной волны в диапазоне ближнего ультрафиолета.  При проверке каждого из каналов два других были отключены с помощью веществ-ингибиторов, а кардиомиоциты были изолированы друг от друга.

Выяснилось, что ток через кальциевые и натриевые каналы после трех минут воздействия активной формой азоТАБа уменьшается более чем в два раза, а через калиевый канал увеличивается в полтора раза. При этом после удаления азоТАБа путем промывания клеток работа ионных каналов быстро возвращается к норме.

Эксперимент доказал, что воздействие азоТАБа обратимо клетки. Это делает возможным внедрение результатов экспериментов в исследовательскую и клиническую практику, что, возможно, позволит эффективно лечить аритмии.

https://mipt.ru/newsblog/lenta/rossiyskie_uchenye_vyyasnili_kak_upravlya...