Новый метод позволяет задавать ритм сердца через внедрённые в сердечную ткань клетки, несущие фоточувствительный белок.

За последние годы оптогенетика стала одним из основных инструментов в изучении электрохимических процессов в нервных клетках. Суть метода сводится к введению в клетку гена фоточувствительного белка (например, родопсина); затем можно управлять возбудимостью такой клетки, сообщая ей световой импульс; свет стимулирует ионные каналы в мембране, что запускает те или иные электрохимические реакции в клетке или в целой нейронной сети.

Метод можно реализовать как в культуре клеток, так и в живом организме; световой импульс будет целенаправленно приходить к клеткам по оптоволоконному кабелю. Рано или поздно исследователи должны были вспомнить, что, кроме нервных клеток, возбудимостью и проводимостью обладают ещё и клетки сердца.

И вот учёные из Университета Стони-Брук (США) впервые попытались с помощью оптогенетических методов заставить сердечную мышцу сокращаться от светового импульса.

В статье, опубликованной в журнале Circulation: Arrhythmia & Electrophysiology, исследователи описывают эксперименты по созданию световозбудимых клеток сердца. Показано, что достаточно ввести в сердечную ткань довольно небольшое число генетически модифицированных клеток, чтобы с помощью световых импульсов управлять сокращениями всей сердечной мышцы. Клетка иного типа, изначально неспособная к созданию и проведению электрического импульса, снабжалась геном фотобелка ChR2 (channelrhodopsin-2), после чего её встраивали в сообщество кардиомиоцитов, взятых либо у лошади, либо у новорождённых крыс.

Рис. 1. Кардиоцит: красным окрашены митохондрии, розовым — цитоплазма, голубым — ядро; поперечные тёмные линии — саркомеры, комплексы сократительных белков. (Фото Science Photo Library).

Авторы утверждают, что им удалось воспроизвести плотный межклеточный контакт, характерный для клеток сердца, между сердечными и «посторонними» клетками. Именно благодаря такому особому контакту возбуждение может распространяться по всей сердечной мышце. Генетически модифицированные «чужаки», встроенные в сердечную ткань, позволили не соваться в геном самих сердечных клеток.

Возможно, технология позволит создать ритмоводители сердца нового поколения, полагают исследователи. Достаточно пересадить в сердце небольшое число модифицированных клеток (почему не взять их у самого больного?), и можно, воспользовавшись оптоволокном, регулировать сердечный ритм.

Техника требует меньших энергозатрат, чем нынешняя электродная стимуляция, и позволяет осуществить «адресную доставку» световозбудимых клеток именно в тот участок сердца, который имеет проблемы с проведением импульса и синхронизацией ритма.

Безусловно, полученные результаты будут иметь большое значение как для фундаментальной, так и для клинической медицины. Однако ещё необходимо убедиться, что клетки-доноры, модифицированные фоточувствительным белком, будут правильно встраиваться в живую ткань органа, так что говорить о близком конце традиционных имплантатов-ритмоводителей пока рано.