Российские ученые научились управлять клетками сердца с помощью лазера

Схема изомеризации азоТАБ. Изображение предоставлено авторами исследования.

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

Ученые из лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ выяснили, как с помощью лазера контролировать поведение клеток сердечной мышцы. Исследование поможет лучше понять механизмы работы сердца и в перспективе даст способы борьбы с аритмией.

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». Действие же видимого света восстановит первоначальную конфигурацию. Таким образом, азоТАБ может обратимо переключаться между двумя состояниями под действием излучения.

В предыдущих работах 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. Так они могли управлять кардиомиоцитами в каждой точке сердца, но механизм воздействия азоТАБа на клетки оставался неясен.

Схема изомеризации азоТАБ. Изображение предоставлено авторами исследования


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 кардиомиоцитах есть калиевые, натриевые и кальциевые каналы, и группа Агладзе предположила, что азоТАБ влияет на пропускную способность каждого из них.

Для проверки своего предположения ученые провели эксперимент на клетках сердца мышей, которые были помещены в растворы азоТАБа. После на клеточную культуру воздействовали светом в диапазоне ближнего УФ, 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. «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.

Напомним, что ранее в этой же лаборатории уже смогли вырастить ткани сердечной мышцы на подложке из паучьего шелка. Теперь ученые перешли от получения мышечной ткани к поиску путей управления ею. Новая работа ученых опубликована в журнале PLOS ONE.

Теги:

Читать еще на Чердаке: