Новосибирские и московские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор

Фото: ria-sibir.ru


Свой

клеточный
мотор


Исследователи из Национального медицинского исследовательского центра имени Е. Н. Мешалкина, Института цитологии и генетики СО РАН и Московского физико-технического института разрабатывают биологический кардиостимулятор для восстановления ритма сердца.

Биологический кардиостимулятор будет состоять из клеток самого организма пациента и сможет заменить искусственный прибор.

"Наше сердце четырехкамерное, и внутри него есть две небольшие "батарейки" - синусовый и предсердно-желудочковый узлы. Импульс возникает в первом, возбуждает второй и распространяется на другие отделы сердца. В норме биологическая вариация сердечного ритма составляет от 60 до 90 ударов в минуту. Однако у некоторых людей эти "батарейки" изнашиваются. У кого-то с возрастом, у кого-то - из-за аутоиммунных реакций, у кого-то прошел инфекционный процесс и поразил структуры сердца. Причин много, но следствие одно - синусовый и предсердно-желудочковый узлы поражаются, ввиду чего сердце начинает биться очень медленно, со скоростью до 20-30 ударов в минуту, что напрямую угрожает жизни", - рассказывает начальник отдела разработки, координации и внедрения научной деятельности центра имени Е. Н. Мешалкина Артём Стрельников.

Для того, чтобы восстановить сердечный ритм, сегодня пациенту имплантируют кардиостимулятор - специальную искусственную батарейку, которая вставляется в грудную клетку. В вену, предсердие и желудочек вкручиваются электроды, и прибор начинает регулярно подавать электрический импульс и навязывать сердцу ритм 60-90 ударов в минуту.

Таким образом проблема решается, но пациент на всю жизнь остается зависимым от батарейки и электродов. Металлический предмет постоянно находится в грудной клетке, он может инфицироваться, вызывать пролежни и даже вылезти наружу. Кроме того, у этого прибора не очень длительный срок службы. Через каждые четыре-пять лет приходится разрезать мягкие ткани груди и менять батарейку. Электроды тоже изнашиваются — то перетираются, то ломаются. Их приходится вырезать, заменять, также они могут заносить в сердце инфекцию. Альтернатив у таких пациентов пока нет.

"В мире давно витает идея о создании биологического кардиостимулятора. Мы поставили перед собой задачу: продвинуться на шаг вперед и разработать систему, которая позволяла бы сделать альтернативу искусственным электрическим кардиостимуляторам. Идея — внедрить в сердце его же биологические клетки, которые будут генерировать электрические импульсы", - говорит Артём Стрельников.

Такие клетки называются пейсмекерными. В норме они присутствуют в сердце и отвечают за генерацию ритма сердечных сокращений, но из-за различных патологий поражаются и перестают выполнять свои функции.

"Концепция нашего проекта заключается в том, чтобы сделать аналог этих клеток либо разработать технологию получения их в пробирке и затем имплантировать обратно в тело пациента", - рассказывает заведующий лабораторией экспериментальной хирургии и морфологии центра имени Е. Н. Мешалкина кандидат биологических наук Давид Сергеевичев.

Для получения пейсмекеров используется технология плюрипотентных клеток, которая разрабатывается в лаборатории эпигенетики развития Института цитологии и генетики СО РАН под руководством доктора биологических наук Сурена Закияна.

"Мы занимаемся клеточной частью, получаем пейсмекерные клетки из индуцированных плюрипотентных стволовых, а также из просто стволовых клеток. В результате наших манипуляций в основном выделяются сократительные кардиомиоциты - грубо говоря, те клетки, из которых состоят мышцы миокарда, они не все пейсмекеры. Сейчас перед нами стоит задача: из общей популяции кардиомиоцитов получать именно водителей ритма, увеличить их долю в протоколе", - рассказывает научный сотрудник лаборатории эпигенетики Института цитологии и генетики СО РАН, кандидат биологических наук Софья Павлова. 

Однако создать пейсмекерные клетки - мало. Дело в том, что если их просто поместить в организм, они не приживутся — так как не образуют друг с другом связи, не взаимодействуют с соседними клетками, у них нет опор. Преодолеть этот барьер помогают сотрудники лаборатории возбудимых систем Московского физико-технического института под руководством профессора Константина Агладзе.

"Мы проверяем электрофизиологические характеристики полученных клеток и подбираем к ним подложки, которые бы максимально подходили для внедрения в биообъект и соответствовали реальному внеклеточному матриксу. Они могут быть как биодеградируемыми, так и представлять собой матрикс, способный приживаться в организме. Сейчас мы находимся на стадии выбора", - комментирует инженер лаборатории Валерия Цвелая. 

В центре имени Е. Н. Мешалкина есть технологии, позволяющие имплантировать пейсмекерные клетки с подложками без разреза грудной клетки. Через прокол в бедре к сердцу проводится длинная трубочка электрода, на кончике которого находится иголка. С помощью этого приспособления врач вкалывает клетки в целевые зоны, как шприцем. Все действия, производящиеся внутри организма, контролируется через цифровую 3D-систему навигации. Кроме того, есть способы прицельно контролировать, насколько эффективно работают нововведенные клетки.

"Сейчас трансплантация осуществляется на уровне органов: пересаживают печень, сердце, а заменять более тонкие, клеточные структуры еще не научились. У трансплантации сердца есть свои проблемы: крайне низкая выживаемость, большой процент отторжения, пересаженный орган в конечном итоге всё равно поражается. Здесь же можно "чинить" собственное сердце пациента. Мы только-только подходим к технологиям, которые позволят нам это делать, - говорит Артём Стрельников. - У нас параллельно ведется работа трех групп, единая рабочая команда регулярно контактирует друг с другом. Этапы идут одновременно: in vitro, на крупных позвоночных животных и на мелких позвоночных. Мы отрабатываем хирургические методы трансплантации пейсмекерных клеток, нарабатываем сами клетки (смотрим, насколько длительно они будут генерировать сигнал, насколько они контролируемы) и разрабатываем способы, как эти клетки лучше вырастить, чтобы они подходили для наших хирургических манипуляций".

На сегодняшний день основные методы хирургической трансплантации уже созданы, первичные клетки с электрической активностью получены, подложки сформированы - доказано, что нужные клетки там растут, взаимодействуют друг с другом и генерируют электрические импульсы. Следующий этап: первичная имплантация пейсмекерных клеток лабораторным свиньям. Необходимо посмотреть, насколько длительно они будут функционировать в крупном организме и насколько эта технология применима к медицине.

"Экспериментальный опыт на животных очень важен, поскольку при трансляции теоретических исследований в реальные условия могут возникнуть большие проблемы, - рассказывает Давид Сергеевичев. - Сейчас у нас задача состоит в том, чтобы посмотреть, как наши биопейсмекеры, которые работают in vitro, будут себя вести при интеграции в проводящую систему сердца. Оно постоянно сокращается, и нужно разработать такую технологию имплантации, чтобы мы могли максимально точно попасть в нужную зону, не нарушив нормальную физиологию сердечного ритма. И это на самом деле очень сложно. В нашей экспериментальной операционной мы поставили оборудование, подобное тому, что есть в настоящих операционных. Буквально в ближайшие несколько недель мы планируем сделать эту имплантацию и посмотреть, что у нас получается, какие еще вопросы необходимо решить".

"Мы подводим эту технологию к тому, чтобы сделать ее максимально пригодной для дальнейшего практического применения, реализуем так называемую трансляционную цепочку. Основная проблема в нынешних фундаментальных исследованиях заключается в том, что многие из них непригодны для дальнейшего практического применения. Например, можно разработать какие-то клетки, которые будут обладать хорошей электрической активностью, но будут чужеродными организму либо начнут приводить к онкологическим новообразованиям. Сегодня мы уже на стадии фундаментального исследования формируем базу для прикладного, которое имело бы потенциал для внедрения в клиническую практику", - говорит Артём Стрельников.

Если эксперимент окажется успешным, он откроет путь к доклиническим и клиническим испытаниям. К последним ученые рассчитывают перейти в ближайшие пять лет, хотя и не обещают, что уложатся в эти сроки. Работа выполняется при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда.

Диана Хомякова.

 
Издание "Наука в Сибири" .



 
По теме
Новости Город ЖКХ Преступность Образование Медицина Новости партнеров Общество Происшествия Сельское хозяйство Спорт Экономика и бизнес Технологии Трансляции Сообщить новость
24.03.2018
 
Участие в выставке бесплатно - Бердск-Онлайн.Ru Автор:  Кевдина Людмила На одной площадке соберутся 14 ведущих вузов Новосибирска и России 22 сентября крупнейшая образовательная выставка «Навигатор поступления» соберет на одной площадке 14 ведущих вузов Новосибирск
18.09.2018
Состоялось торжественное заседание Ученого совета университета, посвященное 90-летию академика РАН Юрия Петровича Никитина - НГМУ 18 сентября прошло совместное заседание Ученого совета НГМУ и Научно-исследовательского института терапии и профилактической медицины – филиал ИЦиГ СО РАН, посвященное 90-летию академика РАН, профессора Юрия Петровича Никитина.
18.09.2018
 
Шпаргалка для родителей-2 - Газета Ведомости Татуировка, пирсинг и «кислотный» цвет волос — это не повод удалять школьника с урока.
18.09.2018
27 сентября состоится организационное собрание студентов по набору на бесплатное обучение по программе подготовки частных пилотов « Соколы НГТУ ». Обучение проводится в рамках программы,
18.09.2018
Студенты, желающие заниматься решением олимпиадных задач по математике и участвовать в олимпиадах по математике в составе команды СибГУТИ,
19.09.2018 СибГУТИ
Шпаргалка для родителей-2 - Газета Ведомости Татуировка, пирсинг и «кислотный» цвет волос — это не повод удалять школьника с урока.
18.09.2018 Газета Ведомости
Что делать, если в школе требуют деньги за учебники? Может ли администрация школы обязать родителей покупать форму у конкретного производителя?
12.09.2018 Газета Ведомости
Сегодня в Новосибирске состоялось торжественное мероприятие, посвящённое юбилею образования в стране государственной научной библиотеки.
12.09.2018 Газета Ведомости
Бойцы СОБР и полиция в Пашино задержали мужчину, убившего таксиста в Новосибирске - Бердск-Онлайн.Ru Автор:  Редактор, видео ГУ МВД по НСО. Фото pixabay.com Видео.  Найти преступника удалось по видеонаблюдению Новосибирская полиция задержала жителя Калининского района подозреваемый в убийстве водителя такси.
19.09.2018 Бердск-Онлайн.Ru
В Новосибирске расследуется уголовное дело по факту убийства 43-летнего водителя такси - Следственный комитет 14 сентября 2018 года в вечернее время житель г. Новосибирска, работавший водителем такси, приступил к выполнению заказа по перевозке пассажира от дома на Красном проспекте г. Новосибирска к озеру,
18.09.2018 Следственный комитет
Новосибирец «вышел» за пивом через окно - NSKTV.Ru Молодого человека закрыл в комнате общежития приятель, но настойчивый новосибирец решил сходить за пивом и выпрыгнул из окна четвертого этажа, сообщили в Муниципальной аварийно-спасательной службе.
18.09.2018 NSKTV.Ru
Новосибирский Художественный музей на полтора месяца стал мировым центром современного графического искусства Вторая Новосибирская международная триеннале современной графики представляет около 500 работ ведущих худож
17.09.2018 Газета Ведомости
Музыка Парижа в филармонии, открытие оперного сезона в НОВАТе, встреча с Кшиштофом Занусси в «Победе» и другие события недели.
17.09.2018 Газета Ведомости
Поздравляем Александра Карелина с днём рождения - Единая Россия Новосибирское Региональное отделение партии «Единая Россия» поздравляет с днём рождения трёхкратного Олимпийского чемпиона по греко-римской борьбе, депутата Государственной Думы,
19.09.2018 Единая Россия
Открыть оригинальное изображение - Департамент физкультуры и спорта В воскресенье 16 сентября в Новосибирске на территории «Сибирского кавалерийского клуба» прошёл IV Кубок Новосибирской области по адаптивному конному спорту.
17.09.2018 Департамент физкультуры и спорта
Как тысячи новосибирцев провели один из выходных — в фоторепортаже Валерия ПАНОВА   Не успел «отшуметь» Сибирский фестиваль бега,
18.09.2018 Газета Ведомости
Какие крупные спортивные объекты строятся в Новосибирской области? «Армада» в Краснообске открылась меньше двух недель назад.
11.09.2018 Газета Ведомости
На «Дельфине» стартовал военно-спортивный фестиваль С 8 по 23 сентября на ОбьГЭСе проходит фестиваль «В зоне особого внимания: осенний призыв».
12.09.2018 Газета Бумеранг
Путин пообещал поддержать избранных губернаторов в достижении общенациональных идей - Курьер.Среда.Бердск Особое внимание президент обратил на то, что граждане не просто сделали выбор в пользу того или иного кандидата и партии, но и показали, с чем они согласны, а с чем — не согласны, и что ожидают от власти.
19.09.2018 Курьер.Среда.Бердск
Открыть оригинальное изображение - Правительство Новосибирской области Вопрос своевременного выявления и ликвидации самовольно возведенных строений и нестационарных объектов рассматривался на очередном заседании постоянно действующего координационного совещания по обеспечению правопорядка в
18.09.2018 Правительство Новосибирской области
В дома новосибирцев тепло придёт не позднее 24 сентября Департамент энергетики, жилищного и коммунального хозяйства Новосибирска опубликовал проект постановления, в котором указал даты начала отопительного сезона в городе.
18.09.2018 НГС.Новости