Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Ученые разработали систему, позволяющую сердцу справляться со смертельно опасной фибрилляцией

Пятница, 18 Сентябрь, 10:09, poisknews.ru
18.09.20Коллектив ученых создал модель биологической самовосстанавливающейся системы. Эта система позволяет сердцу самостоятельно обнаруживать и моментально погашать аномальные ритмы возбуждения (аритмии), тем самым предотвращая внезапную сердечную смерть. Статья с описанием системы опубликована в журнале eLife.В человеческом организме огромное количество рецепторных систем, которые позволяют ему контролировать внутренние процессы. Однако наиболее опасные из них, например, возникновение раковых опухолей, организм контролировать и блокировать не может: количество раковых клеток стремительно растет, а организм этого не чувствует и не способен вылечить себя. К этой категории заболеваний относятся и предсердные и желудочковые аритмии, которые приводят к внезапной сердечной смерти, уносящей ежегодно жизни миллионов людей. Мы поставили перед собой задачу “научить” сердце самостоятельно определять и предотвращать смертельно опасные аритмии,— объясняет участник исследовательской группы и соавтор статьи, научный сотрудник УрФУ, Лейденского (Нидерланды) и Гентского (Бельгия) университетов Александр Панфилов.Непосредственной причиной внезапной сердечной смерти является так называемый электрический шторм, когда из-за возникающих в сердце хаотичных электрических вихрей оно утрачивает способность совершать синхронные, согласованные сокращения (такое поведение сердца называется фибрилляцией).В 1930-х годах советские и американские ученые предложили останавливать фибрилляцию с помощью электрических разрядов мощностью в несколько киловольт от электродов, приложенных к грудной клетке. В таком случае электрический ток от электродов проходит через сердце, гасит электрический шторм, устраняет аритмию и восстанавливает нормальный ритм сердечных сокращений. Этот метод, активно и успешно применяемый на практике с 1960-х годов, получил название дефибрилляции, а соответствующие устройства — дефибрилляторы. Современные дефибрилляторы, которые устанавливаются в поездах и самолетах, а также имплантированы в организм, распознают фибрилляцию и справляются с ней без вмешательства врачей. Тем не менее дефибрилляторы не всегда оказываются под рукой, а использование дорогостоящих имплантируемых дефибрилляторов ограничено некоторыми противопоказаниями, чревато техническими неисправностями, произвольными разрядами и, как следствие, необратимым повреждением тканей, вызывающими у пациентов сильную боль и депрессию.Решая задачу сделать дефибрилляцию более эффективной и при этом безболезненной, руководитель исследовательской группы Даниэль Пайнаплс из Лейденского университета предложил использовать для детектирования и лечения фибрилляции не внешний электрический ток, а электричество, запасенное в сердце.Ток — это направленное движение электрически заряженных частиц. В сердце и мозге это в основном ионы натрия и калия. Электрически заряженных ионов натрия больше в крови, чем в клетках сердца. Ионные каналы, пронизывающие мембрану клетки, открываясь, пропускают ионы натрия из крови внутрь клеток сердца, и из-за разницы концентрации натрия возникает электрический ток. В то же время калия в клетках сердца больше, чем в крови, и при открытии каналов для ионов калия возникает ток, который течет в обратном направлении. Так в общем виде работают все возбудимые системы организма, такие как мозг и сердце: сначала открываются каналы, запускающие в клетки ионы натрия, затем — каналы, выпускающие из клеток ионы калия,— описывает природу возникновения электрического тока внутри сердца Александр Панфилов.Разница в концентрации ионов по разные стороны клеточной мембраны поддерживается активными процессами за счет энергии, которую мы потребляем. Группа Даниэля Пайнаплса выдвинула идею, что энергии, запасенной в разнице концентраций, достаточно, чтобы сгенерировать ток, способный устранять аритмию и фибрилляцию в желудочках и предсердиях и возобновлять нормальный сердечный ритм, причем в течение всего лишь нескольких секунд. Для этого, помимо ионных каналов, присутствующих в сердце, необходимо создать каналы нового типа, которые смогут определять, когда началась аритмия, и открываться, чтобы ее прекратить. Такую систему ученые назвали «биологически интегрированным дефибриллятором сердца BioICD.Первым шагом в реализации идеи стал компьютерный дизайн новых ионных каналов (этой частью проекта, которая заняла несколько лет, руководил Александр Панфилов). Ученый предложил создать канал, который открывается при возникновении аритмии и фибрилляции, в случае очень высокой частоты возбуждения, чтобы ток, который идет через этот канал, прекращал аритмию. Конструкция канала разработана в виде системы дифференциальных уравнений. Эффективность конструкции продемонстрирована на десятках компьютерных моделей аритмий сердца, разработанных в группе Александра Панфилова.На следующем этапе ученые смогли экспериментально протестировать разработки. Используя методику рatch-clamp (с помощью очень тонких трубочек, микропипеток, которые герметично прикладывают к клеточной мембране), измерили мощность ионных токов.Наш подход заключается в том, что микропипетки можно использовать не только для измерений, но и для того, чтобы сгенерировать ток через мембрану. Таким образом, мы получили искусственный канал доставки ионов в клетку. При этом мощность тока задается компьютерной программой, искусственным интеллектом, на основе уравнений, которые мы для него разработали. Эксперименты на специально выращенных клетках человеческого сердца показали, что созданный нами “механизм” дефибрилляции работает не только как компьютерная модель, но и in vitro,— рассказывает Александр Панфилов.В настоящее время ученые развивают исследование в двух направлениях. С одной стороны, осуществляют поиск ионных каналов с подходящими свойствами в разных организмах: от бактерий и водорослей до животных и человека. Такие каналы могут быть встроены в сердце человека посредством генной инженерии. С другой стороны, проводят конструирование искусственных ионных каналов, чтобы в дальнейшем выполнить их с помощью быстро развивающегося научного направления — синтетической биологии.Пресс-служба Уральского федерального университетаThe post Ученые разработали систему, позволяющую сердцу справляться со смертельно опасной фибрилляцией appeared first on Поиск - новости науки и техники.
Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)