Биологи научились останавливать сердце
Биологи из Украины, Европы и Америки научились управлять сокращениями клеток сердца, используя лазерные импульсы и кусочки графена, что открывает дорогу для создания "беспроводных" кардиостимуляторов, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
"Когда мы впервые заставили клетки работать таким образом в нашей лаборатории, вокруг нас собралось сразу 20 человек. Все начали кричать, что это невозможно, и меня обвинили в том, что я над ними подшутил. Это неудивительно, так как раньше никто ничего подобного не делал",
— рассказывает Алекс Савченко из университета Калифорнии в Сан-Диего (США).
Сердце человека и животных является уникальным органом, чьи клетки могут одновременно спонтанно вырабатывать электрические импульсы и сокращаться, не требуя для этого постоянного потока "команд" из спинного или головного мозга. Импульсы тока вырабатывают так называемые "клетки-водители", а кардиомиоциты, мускульные клетки, используют их для воспроизведения сокращений и расслабления в нужные моменты времени.
Пороки сердца и некоторые болезни приводят к тому, что работа "клеток-водителей" нарушается или они начинают гибнуть, и сердце начинает биться нерегулярно. Развитие аритмии, в свою очередь, может привести к появлению серьезных проблем со здоровьем и даже к гибели человека.
Сегодня медики научились бороться с аритмией, используя кардиостимуляторы — специальные электронные устройства, которые напрямую подключаются к сердцу и берут на себя роль "клеток-водителей". Кардиоводители помогают спасать жизни миллионов людей, однако у них есть много недостатков – их имплантация может вызывать воспаления, с ними нельзя ложиться внутрь сканера МРТ и многих других медицинских приборов.
Савченко и его коллеги из научных институтов Украины, Германии и Канады нашли решение для этой проблемы, научившись управлять работой клеток сердца, не используя электроды и другие "контактные" методики доставки электричества в организм.
Как отмечает Савченко, его команда изначально просто превращала стволовые клетки в кардиомиоциты, выращивая их в чашках Петри с разной средой и покрытием. Во время этих опытов ученые заметили, что культуры клеток лучше всего росли на кусочках графена – "нобелевского углерода", хорошо проводящего ток, который был открыт Константином Новоселовым и Андреем Геймом в 2004 году.
Это наблюдение натолкнуло Савченко и его коллег, физиков по образованию, на мысль, что графен и его удивительные свойства можно использовать для "беспроводной" стимуляции сердечной мышцы.
Ученые обратили внимание на еще одно свойство графена – при некоторых условиях он может поглощать энергию света и преобразовать ее в электрический ток. Руководствуясь этой идеей, биологи начали подсвечивать кусочки "нобелевского углерода" при помощи лазера и наблюдать за тем, как менялось поведение кардиомиоцитов.
Двигаясь методом проб и ошибок, Савченко и его коллеги подобрали такие наборы импульсов, которые или останавливали сокращения сердца, или наоборот, заставляли его биться. Их работу биологи проверили на мальках рыбы-зебры, успешно останавливая или повторно запуская их сердце.
Что интересно, добавление небольшого количества графена в сердечную мышцу не вызывало воспалений и массовой гибели клеток. Это, как отмечает Савченко, позволяет использовать подобный прием для создания беспроводных кардиостимуляторов и "муляжей сердца", позволяющих быстро искать лекарства от болезней сердца и сосудов.