Российские ученые выяснили, как управлять клетками сердца c помощью лазера

Российские ученые выяснили, как управлять клетками сердца c помощью лазера

Лазеры в медицине, Новости науки и техники Комментариев к записи Российские ученые выяснили, как управлять клетками сердца c помощью лазера нет

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.

Англ: Photocontrol of Voltage-Gated Ion Channel Activity by Azobenzene Trimethylammonium Bromide in Neonatal Rat Cardiomyocytes // http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0152018

Abstract

The ability of azobenzene trimethylammonium bromide (azoTAB) to sensitize cardiac tissue excitability to light was recently reported. The dark, thermally relaxed trans- isomer of azoTAB suppressed spontaneous activity and excitation propagation speed, whereas the cis- isomer had no detectable effect on the electrical properties of cardiomyocyte monolayers. As the membrane potential of cardiac cells is mainly controlled by activity of voltage-gated ion channels, this study examined whether the sensitization effect of azoTAB was exerted primarily via the modulation of voltage-gated ion channel activity. The effects of trans- and cis- isomers of azoTAB on voltage-dependent sodium (INav), calcium (ICav), and potassium (IKv) currents in isolated neonatal rat cardiomyocytes were investigated using the whole-cell patch-clamp technique. The experiments showed that azoTAB modulated ion currents, causing suppression of sodium (Na+) and calcium (Ca2+) currents and potentiation of net potassium (K+) currents. This finding confirms that azoTAB-effect on cardiac tissue excitability do indeed result from modulation of voltage-gated ion channels responsible for action potential.

Источник: https://mipt.ru/news/rossiyskie_uchenye_vyyasnili_kak_upravlyat_kletkami_serdtsa_c_pomoshchyu_lazera

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top