Новосибирские и московские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор

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
В Новосибирске ученые разрабатывают устройство для мобильной связи шестого поколения, без таких внедрить в жизнь 6G будет невозможно Между инфракрасным и микроволновым притаилось пока мало изученное,
Прием заявок: 15.03.2024 - 19.04.2024 Подведение итогов: 01.05.2024 – 08.05.2024   Организатор Конкурса – Министерство просвещения Российской Федерации Оператор Конкурса - ФГБУ «Российский детско-юношеский центр»   Цель:
В январе 2023 года в швейцарском журнале Axioms – высокорейтинговом международном журнале по проблемам математики и математической физики – вышла статья российских исследователей Александра Чупахина (профессор НГУ,
Как записать ребенка в 1 класс? - Мошковский район С 1 апреля 2024 года начинается прием заявлений в 1 класс. Самый простой способ подать заявление – направить через портал Госуслуги.
Мошковский район
На благо избирателей - Газета Степная нива В ходе выездного совещания комитета Законодательного Собрания Новосибирской области по бюджетной, финансово-экономической политике и собственности депутаты работали в Карасукском, Купинском и Баганском районах.
Газета Степная нива
Разнообразие талантов - Газета Новосибирский район - территория развития В Доме детского творчества «Мастер» 22 марта состоялся предпоследний этап открытого конкурса «Ученик года».
Газета Новосибирский район - территория развития
Житель города Бердска предстанет перед судом по обвинению в убийстве родственника - Следственный комитет фото СУ СК РФ по Новосибирской области Следственным отделом по городу Бердск следственного управления Следственного комитета Российской Федерации по Новосибирской области завершено расследование уголовного дела в отно
Следственный комитет
Сначала анализ, потом — диагноз - Газета Степная нива С самого утра в кабинеты клинико-диагностической лаборатории центральной районной больницы стекаются пациенты с направлениями от всех врачей.
Газета Степная нива
Делаем всё возможное - ГБУЗ НСО ГНОКБ За два года, в течение которых на базе Новосибирской областной больницы работает детское онкологическое отделение, 11 маленьких пациентов прошли процедуру заместительной почечной терапии - гемодиализ.
ГБУЗ НСО ГНОКБ
Гайдар – для поколений - Тогучинская ЦБС 6 марта Юртовская сельская библиотека присоединилась к региональной акции «Аркадий Гайдар – для поколений», посвящённой 120–летию со дня рождения А. П. Гайдара и Году семьи.
Тогучинская ЦБС
Путешествие по пушкинским страницам - ЦБС Баганского района Двадцать девятого марта в Теренгульской сельской библиотеке состоялся увлекательный квизбук «Путешествие по пушкинским страницам».
ЦБС Баганского района