1 мин чтения

Размеренный ритм сердцебиения – это то, что может легко уйти на задний план нашей повседневной жизни, если мало задумываться о надежности его пульса.

Но для тех, у кого возникает аритмия, ситуация гораздо более опасная – их сердцебиение контролируется жизненно важными устройствами, называемыми кардиостимуляторами, которые доставляют контролируемые импульсы к сердцу, чтобы остановить его дрожь и дать ему шанс снова обрести свой ритм.

Теперь команда ученых во главе с инженером-биомедиком Филиппом Гутруфом из Университета Аризоны разработала имплантируемое устройство, которое значительно облегчает изучение кардиологии мелких животных. В качестве бонуса, однажды это может стать основой совершенно нового способа лечения сердечных заболеваний у людей.

Устройство было разработано таким образом, чтобы быть достаточно гибким для небольших испытуемых, обеспечивая лучшее разрешение для мониторинга электрофизиологии их сердца. Используя свет вместо электрических сигналов, оно производит более мягкие импульсы при обнаружении атипичных ритмов.

В отличие от электрических сигналов современных кардиостимуляторов, которые могут нарушать возможности записи и оставлять врачам неоднородную картину сердечных приступов, использование света для стимуляции сердца означает, что система может обеспечивать непрерывную запись паттернов сердцебиения – даже когда требуется дефибрилляция.

«Современные кардиостимуляторы фиксируют в основном простой порог, и они скажут вам: “Это переходит в аритмию, теперь шок!”» – объясняет Гутруф.

«Но у этого устройства есть компьютер на борту, где вы можете вводить различные алгоритмы, которые позволяют вам двигаться более сложным способом. Это сделано для исследований.»

Устройство пока тестировалось только на мышах, но исследователи разработали его для более точной – и, возможно, менее болезненной – стимуляции сердца.

Он работает с использованием метода, называемого оптогенетикой, посредством которого возбудимые клетки, подобные тем, что находятся в сердце или мозге, могут быть активированы по требованию с помощью света. В этом случае кардиомиоциты мыши (клетки сердечной мышцы) были генетически сконструированы для экспрессии мембраносвязанного белка, чувствительного к синему свету. Включите свет, и клетки начнут действовать.

Вся прелесть устройства заключается в его мягких тонкопленочных решетках, которые расходятся веером, как лепестки цветка, и обволакивают сердце. Это плотное прилегание сильно отличается от того, как современные кардиостимуляторы подключаются к сердцу через один или два провода, имплантированных в орган.

Люди, которым установлены кардиостимуляторы, могут испытывать дискомфорт и схваткообразную боль вокруг места имплантации. В некоторых редких случаях у них может даже развиться сложный регионарный болевой синдром в грудной клетке.

Стимуляция сердца через одну или две контактные точки также делает дефибрилляцию сердца менее точной, чем это необходимо в идеале.

«Все клетки внутри сердца поражаются одновременно, включая болевые рецепторы, и именно это делает стимуляцию или дефибрилляцию болезненными,»объясняет Гутруф. «Это влияет на сердечную мышцу в целом.»

Вместо этого, с помощью этого нового устройства, активирующего только клетки сердечной мышцы, которые вызывают сокращение, и обходящего болевые рецепторы, исследователи надеются, что это может предложить более удобный и точный способ синхронизации нерегулярных сердечных сокращений.

«В то время как прямо сейчас для этого нам приходится воздействовать током на все сердце, эти новые устройства могут выполнять гораздо более точное наведение, делая дефибрилляцию более эффективной и менее болезненной,»говорит Игорь Ефимов, инженер-биомедицин из Северо-Западного университета.

Как описывает команда в своей статье, прототип устройства был имплантирован непосредственно за грудную клетку мыши с помощью изготовленного на заказ аппликатора и одного шва, передавая данные о частоте сердечных сокращений по инфракрасной восходящей линии связи.

Исследователи сначала проанализировали геометрию и механику бьющегося сердца мыши, используя эту информацию для проектирования и лазерного изготовления гибкой сетки с четырьмя зубцами, чтобы она могла двигаться вместе с сердцем, когда оно отбивало такт.

Протестировав беспроводное устройство на свободно передвигающихся мышах, исследователи показали, что устройство может обнаруживать аномальные ритмы и стимулировать или “ускорять” сердце с точностью до миллисекунды – и при этом тепло от световых импульсов не повреждает сердечную ткань.

Исследователи сообщают, что точность устройства в обнаружении аномальных сердечных сокращений также была сопоставима с существующими коммерчески доступными беспроводными устройствами мониторинга сердечного ритма.

Хотя результаты исследований на животных, подобных этому, являются многообещающими, все еще очень рано использовать оптогенетику на людях. Этот метод требует генной терапии (чтобы сделать клетки светочувствительными), а также имплантируемого электронного устройства для их контролируемой стимуляции.

В то время как оптогенетика использовалась в клинических испытаниях для лечения редких наследственных заболеваний глаз, применение этого метода для мониторинга и, возможно, лечения нарушений работы сердца остается новым подходом, который сначала нуждается в гораздо большем количестве исследований на животных.

Существует множество проблем, которые необходимо преодолеть, включая безопасную и эффективную доставку генетических инструкций, кодирующих светочувствительные белки, к клеткам сердца.

Гутруф и его коллеги отмечают, что также необходимо проделать дополнительную работу по моделированию сложностей нарушений сердечного ритма и совершенствованию методов этого конкретного устройства для обнаружения и коррекции различных видов аритмий.

Итак, на данный момент устройство, похожее на цветок, является одним из многих, которые представляют собой элегантный исследовательский инструмент для изучения аритмий и других проблем с сердцем по мере их возникновения, по крайней мере, на животных моделях.

Источник новости Science Advances

Просмотров: 2

Поделитесь новостью
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Предыдущий пост Карта Зрительной Системы Осьминога Показывает Их Собственное Решение Проблемы Зрения
Следующий пост Древняя ДНК Людей Раскрывает Скрытую Историю Человеческой Адаптации
Close
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x