Ученые из лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ выяснили как можно контролировать поведение клеток сердечной мышцы - кардиомиоцитов - с помощью излучения лазера, сообщает пресс-служба МФТИ. Отчет об исследовании опубликован в журнале PLOS ONE.

Нарушения сердечного ритма, или аритмии являются одной из самых распространенных кардиологических патологий. Аритмия возникает в том случае, когда электрические импульсы, инициирующие сердечное сокращение, функционируют неправильно. Участки, которые являются водителем сердечного ритма, заставляют сердце биться слишком быстро или слишком медленно, или неритмично. Существуют аритмии, которые могут быть опасны вплоть до угрозы жизни.

Для изучения этого типа сердечных расстройств ученые МФТИ предложили ь создать «аритмию в пробирке». Ранее ученые лаборатории биофизики возбудимых систем вместе с японскими коллегами вырастили ткани сердечной мышцы на подложке из из «паучьего шелка». Теперь ученые перешли от выращивания мышечной ткани к поиску путей управления ею.

В исследованиях ученые проводили эксперименты, используя вещество azoTAB (бромид триметиламина азобензола), модифицированный вариант азобензола. Его молекула состоит из двух бензольных колец, соединенных перемычкой из двух атомов азота. Когда молекулу облучают ультрафиолетом, бензольные кольца меняют положение друг относительно друга, а под действием видимого света восстанавливается первоначальное положение. Поэтому молекула азоТАБа может существовать в двух вариантах, переключаясь между ними под действием излучения.

Ранее, в предыдущих работах ученые лаборатории биофизики возбудимых систем под руководством Константина Агладзе придумали, как сделать так, чтобы молекулы азоТАБа управляли кардиомиоцитами так, чтобы одна конфигурация не препятствовала произвольным сокращениям (пассивная), а другая (активная )“выключала” сокращения. Для этого она создали устройство, напоминающее проектор, с лазером вместо лампы. Ученые создавали в каждой точке нужную концентрацию активной формы азоТАБа, и таким образом они смогли управлять кардиомиоцитами в каждой конкретной точке сердца. Однако механизм действия азоТАБа на клетки оставался неясен.

В новом исследовании ученые сумели объяснить, как разные формы азоТАБа влияют на кардиомиоциты.

Для передачи «команд» от одной клетки к другой служат так называемые ионные каналы, «ворота» для передачи ионов через мембраны клеток. В кардиомиоцитах есть несколько типов каналов, способных пропускать ионы калия, натрия или кальция. Агладзе предположил, что азоТАБ влияет на пропускную способность какого из этих каналов.

«Ученые провели эксперимент на клетках сердца мышей, которые были помещены в раствор азоТАБа в двух разных концентрациях. Затем на них воздействовали светом с разной длиной волны в диапазоне ближнего ультрафиолета. При проверке каждого из каналов два других были отключены с помощью веществ-ингибиторов, а кардиомиоциты были изолированы друг от друга. Выяснилось, что ток через кальциевые и натриевые каналы после трех минут воздействия активной формой азоТАБа уменьшается более чем в два раза, а через калиевый канал увеличивается в полтора раза. При этом после удаления азоТАБа путем промывания клеток работа ионных каналов быстро возвращается к норме», отмечается в пресс-релизе.

Эксперимент доказал, что азоТАБа действует на клетку обратимо. Это делает возможным внедрение результатов экспериментов в исследовательскую и клиническую практику, что, возможно, позволит эффективно лечить аритмии.

«Сейчас этот результат может быть очень полезен для клинических исследований механизмов работы сердца, в будущем, возможно, мы сможем гасить у пациентов приступы аритмии простым нажатием на кнопку», - цитируются в сообщении пояснения ведущего автора исследования, руководителя лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ Константина Агладзе.