Pull to refresh

Биологи продемонстрировали оптический стимулятор сердца на мухах

Popular science Biotechnologies


Биологам удалось создать оптогенетический стимулятор сердца, воздействующий на сердечные сокращения лазерными импульсами. Описание успешного эксперимента, проведённого на мухах-дрозофилах, появилось на этой неделе в журнале Science Advances.

Классические стимуляторы сердца работают, отправляя электрические импульсы клеткам органа. Под воздействием импульсов клетки сокращаются, и таким образом поддерживается постоянный ритм сердцебиения. В данном же эксперименте учёные использовали достижения сравнительно новой области науки, оптогенетики.

В оптогенетике для стимуляции клеток (в первую очередь биологи занимались нейронами) их генетически модифицируют, заставляя клетки вырабатывать специальные белки – ионные каналы, позволяющие ионам перемещаться сквозь клеточную мембрану. Благодаря наличию этих белков клетки начинают реагировать на свет.

В самом начале развития оптогенетики подопытным животным приходилось внедрять в организм оптоволокно, чтобы подавать световые импульсы в интересующую область. В этом году американские учёные разработали беспроводные микроскопические имплантаты, оборудованные радиомодулем и светодиодом. Они способны включаться и выключаться по управлению извне.

В нашем эксперименте таких ухищрений не потребовалось. Мухи-дрозофилы были генетически подготовлены к тому, чтобы их сердце реагировало на свет, а стимуляция проводилась лазерными импульсами, которые проникали через экзоскелет на брюшке мухи. В ходе эксперимента было установлено, что при подаче лазерных импульсов частотою 10 Гц мушиные сердца бились в полном соответствии с подаваемыми импульсами.


На видео сердце мухи бьётся как самостоятельно, так и под воздействием лазерных импульсов

Чао Чжоу [Chao Zhou], ассистент-профессор по биоинженерии из Лихайского университета, руководивший работой, объясняет, что у оптических сердечных стимуляторов существует ряд преимуществ перед традиционными. Например, оптический стимулятор не нужно имплантировать. Он воздействует только на определённый набор клеток, в то время, как электрический может затрагивать и на окружающие орган ткани.

Подобные исследования уже успешно проводились на других любимых существах биологов – рыбках данио-рерио и мышах. Однако в случае с рыбками воздействие было возможным лишь на стадии зародышей, а у мышей – при вскрытии грудной клетки. В данном случае в лаборатории была продемонстрирована неинвазивная стимуляция.

image
Американский исследователь Сеймур Бензер держит модель дрозофилы

Поскольку в случае мух-дрозофил на них возможно воздействовать на всех стадиях развития, это позволяет учёным проверить интересные гипотезы. Например, изучая специально выведенных мух с предрасположенностью к сердечным приступам, можно выяснить, повлияет ли кардиостимуляция развивающегося эмбриона на улучшение ситуации с сердцебиением у взрослых мух.

Конечно, для экспериментов на людях такая технология пока не приспособлена. Придётся либо по-прежнему имплантировать стимулятор хирургически, либо разработать систему, в которой клетки будут реагировать на излучение в ближней инфракрасной части спектра (способное проникать через ткани). Правда, для этого нужно будет придумать, как фокусировать это излучение, чтобы оно не рассеивалось в тканях. Но Чжоу уверен, что в этом нет ничего не возможного.

image
Первый в мире имплантируемый кардиостимулятор фирмы Siemens Elema

Электрокардиостимуляторы впервые начали применяться в 1950-х годах. Первый опытный образец располагался снаружи тела, и получал электропитание по проводам.
Tags:
Hubs:
Total votes 10: ↑10 and ↓0 +10
Views 10K
Comments Leave a comment