Управления сердечным ритмом с помощью света

Учёные из Университета Стони-Брук попытались управлять ритмом сердца через внедренные в сердечную ткань клетки, содержащие фоточувствительный белок.

В последнее время оптогенетика набирает популярность среди инструментов по изучению электрохимических процессов в нервных клетках. В основе этого метода лежит процесс введения в клетку особого гена фоточувствительного белка (например, родопсина), после чего появляется возможность управлять возбудимостью всей клетки посредством сообщения ей светового импульса. Свет стимулирует ионные каналы в мембране, это приводит к запуску тех или иных электрохимических реакций как в одной клетке, так и в целой нейронной системе.

Этот метод можно реализовывать не только на нервных клетках, но и на клетках сердца, на что и обратили внимание учёные из Университета Стони-Брук (США). Они впервые попытались с помощью оптогенетических методов заставить сердечную мышцу сокращаться под влиянием светового импульса.

В ходе экспериментов было выяснено, что достаточно ввести в сердечную ткань сравнительно небольшое число генетически измененных клеток, чтобы с помощью световых импульсов управлять сокращениями всей сердечной мышцы. Иные клетки, первоначально не способные к созданию и проведению через себя электрического импульса, снабжалась геном фотобелка ChR2 (channelrhodopsin-2), в результате чего ее можно было встроить в сообщество кардиомиоцитов, которые брали либо у лошади, либо у новорождённых крыс.

Авторы исследования утверждают, что у них получилось воспроизвести плотный межклеточный контакт, характерный для клеток сердца, между сердечными и «посторонними» клетками. В результате такого контакта возбуждение обрело способность распространяться по всей сердечной мышце. Изменение только «чужих» клеток позволило избежать генетического вмешательства в сами сердечные клетки.

Результаты исследования могут быть применены при создании ритмоводителя сердца нового поколения. Необходимо будет всего лишь ввести в сердце небольшое количество измененных клеток (их можно взять даже у самого пациента), после чего с помощью оптоволокна регулировать сердечный ритм. Такая методика требует меньших затрат энергии, чем нынешняя стимуляция, и позволит произвести «адресную» доставку световозбудимых клеток непосредственно в проблемный участок сердца.

(На фото: кардиоцит; красным окрашены митохондрии, розовым — цитоплазма, голубым — ядро; поперечные тёмные линии — саркомеры, комплексы сократительных белков)