Ученые из Оксфорда (Великобритания) и университета Стоуни-Брук (США), под руководством доктора Джил Баб (Gil Bub) научились управлять биением сердца с помощью света. Результаты этой научной работы, опубликованные в журнале Nature Photonics, пересказывает пресс-релиз Оксфордского университета.
Ритм сокращений сердца создается импульсами электрических волн, которые передаются в сердечной мышце от одной клетке к другой. Если этот ритм нарушается, возникает аритмия, которая в перспективе может привести к смерти. Нарушения сердечного ритма возникают, в частности, при возникновении на сердечной ткани рубцов: доходя до них, волна может закручиваться спиралью и частично идти обратно, заставляя сердце биться слишком часто.
До сих пор для лечения подобных болезней сердца было два варианта: электрические устройства, задающие правильный ритм сердцебиения, или регулирующие этот ритм лекарства. Оба они имеют существенный минус: могут только запускать или останавливать волны электрических импульсов, но не в состоянии контролировать их скорость и направление. По образному выражению ученых, это все равно что иметь в машине педали газа и тормоза, но не иметь руля.
Разработка британско-американского научного коллектива предлагает новый способ решения этой проблемы, на основе оптогенетики. Суть этой методики состоит в том, что в ДНК клетки добавляется ген, заставляющий вырабатывать определенное вещество, чувствительное к свету — в данном случае это белок ченелродопсин. Воздействуя потом на такие клетки вспышками света нужной интенсивности, можно запускать в них различные процессы.
До сих пор данный метод применялся преимущественно в исследованиях мозга. Однако теперь выяснилось, что он позволяет очень точно управлять сокращениями сердечной мышцы. В экспериментах ученым удавалось добиваться не только определенной скорости и направления распространения волн электрических импульсов, но и направлением, в которых они закручиваются в спирали — все это регулируя с помощью компьютера параметры световых вспышек.
«Уровень точности сравним с тем, который мы имеем на компьютерных моделях, только здесь все делается на живых клетках, в реальном времени, — сказала доктор Эмилия Энчева (Emilia Entcheva), со-руководитель проекта от университета Стоуни-Брук. — Точный контроль над направлением, скоростью и формой таких волн может означать беспрецедентный уровень управления биологическими процессами на уровне органов, будь то сердце или мозг, без необходимости воздействовать на каждую клетку отдельно. О такой идеальной терапии до сих пор можно было только мечтать».
Напомним, что сейчас в Британии создается большая база данных 3D-видео сердец 1600 пациентов и их генетической информации, которая должна помочь в изучении принципов функционирования нашей главной мышцы и разработке методов ее лечения. Отечественные ученые тоже трудятся в этом направлении: так, недавно в СО РАН разработали мини-насос, перегоняющий кровь из одной части сердца в другую.
