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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Cверхчувствительная электронную кожа 17.05.2013 Американские физики создали электронную "кожу", не уступающую в прочности и гибкости ее биологическому аналогу и обладающую сверхвысокой чувствительностью к касаниям и вибрациям, что позволяет использовать ее в качестве датчика пульса или основы для тактильных сенсоров роботов. За последние пять лет ученые непрерывно работают над созданием материала, повторяющего по своим свойствам кожу человека. В некоторых случаях им удалось достигнуть значительных успехов. Так, в ноябре 2012 года группа физиков под руководством Чженань Бао (Zhenan Bao) из Стэнфордского университета создала сверхгибкий материал, способный выступить в качестве основы для синтетической кожи. В новой работе Бао и ее коллеги усовершенствовали "кожу", в несколько сотен раз повысив ее чувствительность к касаниям и вибрациям. Для этого ученые встроили в кожу гибкие транзисторы из кусочков полупроводящих кремний-органических полимеров, соединенных друг с другом микроскопическими электродами из золота. Особая "заплетенная" конструкция позволяет им выдерживать многократные растягивания и сгибания без повреждений. Эти транзисторы обладают любопытным свойством - их электропроводность меняется при приложении давления. Экспериментируя с кусочками электронной кожи, авторы статьи подобрали такие параметры напряжения и силы тока, при которых устройство реагировало даже на малейшие изменения в давлении. Ученые использовали свое изобретение для создания высокочувствительного датчика пульса, чья толщина не больше, чем у медицинского пластыря. По словам физиков, их изобретение обладает рекордной на сегодня чувствительностью. Оно примерно в 150 раз лучше реагирует на касания по сравнению с другими полимерными датчиками, и в 20 раз превосходит "чемпиона" в этой сфере - токопроводящую резину. Это позволяет применять этот материал для изготовления медицинских микродатчиков и "кожи" для датчиков давления на конечностях роботов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026