Новости всё Наука - iCity.life Архангельск

Украинские, европейские и американские биологи научились управлять сокращениями клеток сердца при помощи лазерных импульсов и кусочков графена. Это открывает дорогу к созданию 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 — уникальный орган, чьи клетки могут спонтанно вырабатывать электрические импульсы и сокращаться без постоянного потока команд из спинного или головного мозга. Импульсы тока вырабатывают так называемые "клетки-водители", а кардиомиоциты (мускульные клетки) используют их для сокращения и расслабления в нужный момент.

Порок сердца и еще некоторые болезни приводят к нарушениям работы "клеток-водителей" или их гибели, и сердце начинает биться нерегулярно. Развитие аритмии, в свою очередь, чревато серьезными проблемами со здоровьем и даже смертью человека.

Медики научились бороться с аритмией с помощью кардиостимуляторов — специальных электронных устройств, которые напрямую подключают к сердцу, чтобы они взяли на себя роль "клеток-водителей". Кардиоводители спасают жизни миллионов человек, однако у них много недостатков – имплантация может вызывать воспаление, с ними нельзя проходить МРТ и многие другие медицинские процедуры.

Савченко и его коллеги из научных институтов Украины, Германии и Канады нашли решение этой проблемы, научившись управлять работой клеток сердца без электродов и других контактных методик 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 – хорошо проводящего ток "нобелевского углерода", открытого Константином Новоселовым и Андреем Геймом в 2004 году.

Это наблюдение натолкнуло Савченко и его коллег, физиков по образованию, на мысль, что графен можно использовать для беспроводной стимуляции сердечной мышцы.

Ученые обратили внимание на еще одно свойство этого материала – при некоторых условиях он может поглощать энергию света и преобразовывать ее в электрический ток.  Руководствуясь этой идеей, биологи начали подсвечивать кусочки графена 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 либо останавливали сокращения сердца, либо наоборот, заставляли его биться. Их действие они проверили на мальках рыбы-зебры, успешно останавливая или повторно запуская их сердце.

Что интересно: добавление небольшого количества графена в сердечную мышцу не вызывало воспаления и массовой гибели клеток. Это, как отмечает Савченко, дает возможность использовать подобный прием для создания беспроводных кардиостимуляторов и "муляжей сердца", позволяющих быстро искать лекарства от болезней сердца и сосудов.