Ученые выяснили, как можно влиять на клетки сердца с помощью лазера

Ученые из лаборатории биофизики МФТИ обнаружили, что поведение клеток сердечной мышцы (кардиомиоцитов) можно контролировать лазерным излучением.

Данное исследование помогло ученым лучше понять механизмы работы сердечной мышцы, что, в конечном счете может являться потенциальным методом лечения аритмии. Исследование опубликовано в журнале PLoS ONE .

На данный момент этот результат может быть очень полезным для клинических исследований механизмов работы сердца, а в будущем это помогло бы потенциально остановить приступы аритмии у пациентов одним нажатием кнопки, считает соавтор исследования Константин Агладзе.

Команде удалось вырастить мышечную ткань сердца на подложке из натурального шелка. Сейчас ученые перешли от выращивания мышечной ткани к поиску способов управления. Функциональные нарушения в мышцах сердца, в частности аритмии (нерегулярное сердцебиение), являются одними из наиболее распространенных сердечных патологий. Одна из восьми смертей в мире вызвана острой аритмией.

Для изучения этого типа сердечного расстройства, важно создать «аритмию в пробирке», для чего был взят азобензол триметиламмоний бромид (azoTAB). Его молекула состоит из двух бензольных колец, соединенных мостом двух атомов азота. Если молекула облучать лазером, бензольные кольца изменяют позиции относительно друг друга. Поэтому молекула azoTAB может существовать в двух состояниях, переключение между ними происходит воздействием.

Агладзе и его коллеги использовали молекулы azoTAB для управления кардиомиоцитами, одна конфигурация не воздействовала на физиологические сокращения, а другая «деактивировала» сокращение мышцы сердца. С помощью лазерного устройства ученые создали необходимую концентрацию активной формы azoTAB в каждой точке. Это позволило им контролировать кардиомиоциты в каждой конкретной точке сердца. В тот момент точный механизм действия azoTAB на клетки оставался неясным.

Позже удалось разобраться каким образом различные формы azoTAB влияют на кардиомиоциты. Ионные каналы используются для передачи «команд» от одной клетки к другой; они действуют как ворота, позволяя ионам проходить через клеточные мембраны. В кардиомиоцитах, существуют различные типы каналов, для прохождения калия, натрия, кальция. Агладзе считает, что azoTAB влияет на проницаемость некоторых из этих каналов. Ученые провели эксперимент на клетках сердечной мышцы, которые были помещены в раствор azoTAB в двух различных концентрациях.

Затем их подвергли воздействию света различных длин волн. Было установлено, что после трех минут воздействия, движение через каналы кальция и натрия было снижено более чем в два раза, а в калиевом канале, оно увеличилось в полтора раза. После того как azoTAB удаляли путем промывки клеток, функция ионных каналов быстро возвращалась в нормальное состояние. Эксперимент показал, что эффект azoTAB на клетке является обратимым.