Генетический кардиостимулятор работает от света

16.07.2015

Хотя электрокардиостимуляторы спасают множество жизней - по статистике, более 3 млн людей по всему миру носят в себе такие устройства - их использование сопряжено с определенными неудобствами. Электрокардиостимулятор, или искусственный водитель ритма, помогает восстановить нормальную частоту и периодичность сердечных сокращений - в противном случае расстройства ритма могут привести к довольно тяжелым последствиям для всего организма, вплоть до смерти. Но для того, чтобы водитель ритма заработал, его электроды нужно вживить в сердце, провода от них подключить к генератору импульсов, который вживляют под кожу.

Со временем кардиостимуляторы становились все меньше, а электроды с проводками стало возможным вводить в сердце с помощью катетера просто через вены. Однако каким бы маленьким ни был стимулятор и какими бы тонкими ни были его провода, ему все равно нужно менять батарейки, а это означает неизбежную операцию, пусть и небольшую. Кроме того, проводки с электродами, тянущиеся к сердцу, могут изнашиваться, и время от времени их тоже нужно менять. С другой стороны, из-за необходимости тянуть провода мы не можем поставить стимулятор, куда вздумается, и не можем использовать много точек для стимуляции. Самому сердцу не всегда "нравится", что его стимулируют внешним устройством. Наконец, если речь идет о детях, то им не всегда вообще можно поставить искусственный водитель ритма.

Уди Нусинович (Udi Nussinovitch) и Лиор Гепстейн (Lior Gepstein) из Израильского технологического института Технион предложили своеобразную модель кардиостимулятора, у которого нет ни проводов, ни электродов, ни батареек и который работает в буквальном смысле на свету. По сути, никакого стимулятора в виде внешнего устройства тут вообще нет - исследователи ввели в клетки сердца оптогенетическую модификацию, что и позволило управлять сердечными сокращениями. Общий смысл оптогенетических методов в том, что в клетку внедряется ген светочувствительного белка - такой белок, встроившись в клеточную мембрану, в ответ на световой импульс открывает в мембране ионные каналы. А как мы знаем, именно перераспределение ионов с обеих сторон мембраны и создает электрохимический импульс. Оптогенетика нашла широчайшее использование в нейробиологии: внедрив в нейрон светочувствительный белок, мы можем произвольно, с помощью световых сигналов, генерировать сигнал в цепочке нейронов.

Но ведь и сердечный ритм зависит от электрохимических импульсов (напомним, что, хотя в сердце и есть волокна вегетативной нервной системы, некоторые особенные клетки миокарда могут сами генерировать ритмические сигналы, формируя так называемую проводящую систему сердца). И ничто не мешает внедрить оптогенетический механизм в сердце.

Исследователи так и сделали: с помощью специального "одомашненного" вируса они внедрили в желудочки сердца крыс водорослевый светочувствительный белок ChR2 (channelrhodopsin-2), реагирующий на синий свет. (Одноклеточным зеленым водорослям, вроде хламидомонад, этот белок помогает искать более освещенные места.) Авторы пишут, что они могли настраивать частоту сердечных сокращений животных с помощью синих вспышек. Вирус позволяет доставить белок в самые разные участки сердечной мышцы, поэтому контролировать сердце можно с большей эффективностью, ведь на внешний сигнал здесь отзываются сразу много клеток из разных мест.

Чтобы "включить" оптобелок, не нужно никаких электродов: синий свет снаружи, хотя и довольно плохо проникает сквозь живые ткани, все же может дойти до сердца. Но - только если речь идет о крысе. У мало-мальски крупного животного, не говоря уже о человеке, сердце лежит глубже, так что здесь нужно подумать о том, световая волна какой длины сможет до него добраться и, соответственно, какой понадобится светочувствительный белок. Здесь могли бы подойти красные и инфракрасные области спектра, и, если дело дойдет до экспериментов с приматами, именно такие волны и будут использовать.

Стоит заметить, впрочем, что есть и другие подходы к созданию беспроводного кардиостимулятора. Около года назад мы писали о разработке сотрудников Стэнфордского университета, которые предложили поддерживать работу ритмоводителя с помощью генератора электромагнитных волн, расположенного просто на поверхности тела. Другая идея принадлежит исследователям из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне - они смогли заставить кардиостимулятор работать от самой сердечной мышцы, за счет энергии его сокращений. Но, конечно, оптогенетический подход выглядит самым радикальным - здесь вообще не нужно вживлять в сердце никакого устройства.

<< Назад: Офисное здание могут напечатать на 3D-принтере 16.07.2015

>> Вперед: Флэш-массивы NetApp AFF8000 15.07.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Радиоуправляемые ферменты 02.12.2018 Белки-ферменты выполняют в наших клетках всю биохимическую работу, но сами ферменты могут работать только в строго определенных условиях. Поэтому ускорить, "усовершенствовать" ферментативную реакцию бывает очень сложно. Например, мы предполагаем, что если повысить температуру, реакция пойдет быстрее, однако фермент не разрешает так сделать. Как и у любого белка, у фермента есть определенная пространственная структура, от которой зависит его функция. Трехмерная структура удерживается физико-химическими связями внутри белковой молекулы, которые могут нарушиться, если температура станет выше оптимальной. Ученые из Университета ИТМО нашли способ повысить эффективность ферментов, не разрушая их. Были исследованы наночастицы с ферментами внутри: белки заключены в жесткий пористый каркас из наночастиц магнетита. Частицы можно нагреть радиоизлучением - нагревшись, они передают часть энергии ферменту, который от этого начинает работать быстрее, в то время как жесткий каркас ограничивает подвижность разных частей белковой молекулы, не давая ей утратить рабочую форму. В экспериментах с ферментом карбоангидразой, которая в обычных условиях чувствительна к температуре, скорость реакции удалось увеличить в 4 раза, сохранив работоспособность фермента. Радиоизлучение легко проникает в живые ткани и безвредно для организма. То есть с его помощью можно управлять активностью ферментов в организме и корректировать метаболизм клеток. Авторы работы планируют в ближайшее время опробовать свой подход с наночастицами на других ферментах и попытаться с их помощью повлиять на жизнедеятельность бактерий или клеток - например, заставить их делиться быстрее или медленнее.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025