Ученые МФТИ объяснили механизм управления клетками сердечной мышцы с помощью лазера

Ученые из лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ объяснили механизмы, которые позволяют с помощью лазера контролировать поведение клеток сердечной мышцы. Исследование поможет лучше понять работу сердца и в перспективе даст способы борьбы с аритмией, сообщает пресс-служба МФТИ.

"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", - приводятся в пресс-релизе слова ведущего автора исследования и руководителя лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ Константина Агладзе.

Агладзе и его коллеги по лаборатории занимаются "кардио-инженерией": до этого они уже смогли вырастить ткани сердечной мышцы на подложке из "паучьего шелка". Теперь ученые перешли от получения мышечной ткани к поиску путей управления ею. Работа начиналась с японскими коллегами в Киото, но завершить ее смогли только сейчас, в МФТИ.

Лазер против аритмии

Нарушение сердечного ритма или аритмия - это одна из самых распространенных кардиологических патологий. Для изучения этой патологии очень важно иметь возможность создать "аритмию в пробирке", что возможно с помощью вещества азоТАБ. Если молекулу азоТАБа, состоящую из двух бензольных колец и перемычки между ними из атомов азота, облучить ультрафиолетом, то бензольные кольца поменяют свое положение друг относительно друга и "сложатся". Действием же видимого света обратно восстановит первоначальную конфигурацию: таким образом, азоТАБ может обратимо переключаться между двумя состоянии под действием излучения.

В предыдущих работах Агладзе и его коллеги научили молекулы азоТАБа управлять кардиомиоцитами (мышечными клетками сердца), 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. Так они могли управлять кардиомиоцитами в каждой точке сердца, но механизм воздействия азоТАБа на клетки оставался неясен.

Механизм управления работой кардиомиоцитов

Теперь ученые сумели объяснить, как разные формы азоТАБа влияют на кардиомиоциты. Дело в том, что для передачи сигналов между клетками служат ионные каналы в клеточных мембранах, пропускающие одни ионы и блокирующие другие. Так, в кардиомицитах есть калиевые, натриевые и кальциевые каналы, и группа Агладзе предположила, что азоТАБ влияет на пропускную способность каждого из них.

Для проверки предположения ученые провели эксперимент на клетках сердца мышей, которые были помещены в растворы азоТАБа. После на клеточную культуру воздействовали светом в диапазоне ближнего УФ (300-400 нм) и при проверке каждого из каналов два других были отключены с помощью веществ-ингибиторов. 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.

Таким образом, эксперимент доказал, что азоТАБ обратимо действует на клетки. Результаты эксперимента теперь можно внедрять в исследовательскую и, возможно, клиническую практику для эффективного лечения аритмии.

Источник: ТАСС