Сотрудники лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ создали клеточный патч, который способен задавать сердечный ритм. Биологическая «заплатка» размером 1 см2 состоит из волокон полимера и монослоя предшественников пейсмекеров — клеток, которые регулируют частоту сердечных сокращений. Исследовательская группа уже приступила к тестированию технологии на животных.
Биологические пейсмекеры — специальные клетки, которые контролируют сердечный ритм и могут передавать управляющие сигналы для сокращения сердца. Если эти клетки перестают работать из-за заболеваний, то врачи могут установить искусственный электрокардиостимулятор (ЭКС). Каждая установка и замена ЭКС — это инвазивная операция. Как и любое хирургическое вмешательство, такая операция имеет риски для пациента. Помимо этого, организм может начать отторгать электрокардиостимулятор, что потенциально приведет к летальному исходу. Средний срок службы этих устройств — около 10 лет, потом требуется замена. Очевидно, что за жизнь человеку придется пережить несколько серьезных операций. При этом, отмечает заведующая лабораторией экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Валерия Цвелая, успешный результат хирургических вмешательств никто не гарантирует.
«Многие электрокардиостимуляторы имеют заданный постоянный ритм — около 80 ударов в минуту. С одной стороны, это обеспечивает стабильность работы устройства, но с другой — это же снижает качество жизни человека. К примеру, затрудняет даже простой подъем по лестнице. Еще одним примером может стать кардиостимулятор у детей: он не приспосабливается к росту и гормональным изменениям в организме. Поэтому крайне актуальным является переход от искусственных пейсмекеров к естественным биологическим», — прокомментировала Валерия Цвелая, заведующая лабораторией экспериментальной и клеточной медицины МФТИ, старший научный сотрудник МОНИКИ им. М. Ф. Владимирского.
В лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ. Фото пресс-службы МФТИ
В ходе исследовательской работы сотрудники лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ выяснили, что простые инъекции стволовых клеток или пейсмекерных клеток в сердце приводят к травматизации и воспалениям тканей. В лучшем случае такие инъекции не влияют на сердечную ткань и быстро выводятся из организма. Поэтому было решено создать альтернативный вариант «доставки» водителей ритма — клетки расположили на биополимерной пористой пленке с определенным набором молекул, задача которой — прочно «приклеиться» к миокарду. Клетки же было решено вводить на стадии между пейсмейкерными и стволовыми, то есть предшественниками тех клеток, которые изначально находятся в естественном водителе ритма у человека. Тестирование методики исследовательская группа начала с операций на лабораторных крысах, позже совместно с аритмологами НМИЦ имени Е. Н. Мешалкина провели аналогичные медицинские манипуляции на свинье.
Инженер лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Елена Турчанинова. Фото пресс-службы МФТИ
«Во время операции мы подшили патч на сердце свиньи и стимулировали пейсмейкеры с помощью света определенной длины волны для контроля их возбуждения. После засветки нам удалось зафиксировать навязанный нами сердцу ритм. Сама имплантация клеточного патча занимала около получаса — это время, необходимое на образование первичной связи между сердечной тканью животного и нашим патчем. Затем мы проводили эксперимент с засветкой, чтобы “разбудить” пейсмейкерные клетки, и регистрировали изменение ритма сердца свиньи. Вопрос о том, как долго эта активность будет сохраняться, остается открытым и будет изучен в ближайшие месяцы. Свинья с имплантированными клетками будет находиться под постоянным наблюдением, специальный прибор будет регистрировать ее сердечный ритм с высокой точностью», — рассказала инженер лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ, научный сотрудник ПИШ ИТМО Елена Турчанинова.
В ближайших планах исследовательской группы из МФТИ — провести серию операций на животных и отработать методику проведения медицинского вмешательства, а именно определить критическую массу пейсмекеров, которых будет достаточно для «перестройки» сердечного ритм с определенной точностью. После этого аналогичные операции будут проведены уже на человеческом сердце, подключенном к системе искусственного кровообращения.
