Автор: Айбулова Диана
Редактор: Айбулова Диана
Электрокардиостимуляторы спасают множество людей от угрожающих жизни состояний: согласно статистике, более 3 миллионов людей по всему миру носят в себе такие устройства – их использование сопряжено с определёнными неудобствами. Электрокардиостимулятор, или искусственный водитель ритма сердца, помогает восстановить нормальную частоту и ритмичность сердечных сокращений. Для того, чтобы водитель ритма исправно функционировал, его электроды нужно вживать в ткань сердца, провода от них подключать к генератору импульсов, который вставляют подкожно.
С течением времени кардиостимуляторы усовершенствовались: размеры их меньше, провода электродов тоньше. Однако все его перечисленные достатки не перекрывают факта нужды в периодической замене батареек. Кроме того, электроды с проводами, тянущимися к сердцу, могут изнашиваться и время от времени их также необходимо менять.
Уди Нусинович и Лиор Гепстейн 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 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 создаёт 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 с помощью специального «одомашненного» вируса внедрили в желудочки сердца крыс водорослевый светочувствительный белок ChR2 (channelrhodopsin-2), реагирующий на синий свет. Одноклеточным зелёным водорослям, вроде хламидомонад, этот белок помогает искать более освещённые места. В статье в «Nature Biotechnology» 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, всё же может дойти до сердца. Но только если речь идёт о крысе. У более 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 дойдёт до экспериментов с приматами, именно такие волны и будут использовать.
Стоит заметить, впрочем, что есть и другие подходы к созданию беспроводного кардиостимулятора. Однако, несмотря на их существование, оптогенетический подход выглядит самым радикальным, гуманным и удобным, ввиду отсутствия необходимости вживлять электроды в ткани сердца.
