Ученые МФТИ применили фотоконтроль для подавления волны аритмии
1 марта 2023
Сердечно-сосудистые заболевания являются одной из самых распространенных причин смерти в мире, и важное место среди них занимают аритмии. Ученые МФТИ рассмотрели альтернативный неинвазивный метод устранения аритмии путем фотоконтроля возбудимости клеток с помощью светочувствительных производных азобензола. Результаты исследования in vitro опубликованы в журнале Chaos. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.
Аритмия представляет из себя спиральную волну. Наиболее часто используемый метод ее подавления – электрошок (дефибрилляция). Электрический разряд сбивает распространение волны и дает сердцу шанс начать свои сокращения «с чистого листа» в нормальном ритме. Однако существует значительная доля случаев, когда аритмия оказывается очень резистентной к нему. В поврежденной сердечной ткани возникает дополнительный электрический путь, и тогда, чтобы устранить неблагоприятное распространение сердечной волны, обычно назначают операцию абляции — выжигают здоровые ткани таким образом, чтобы нарушить распространение спиральной волны, создать для нее препятствие, восстанавливая, таким образом, синусовый ритм сердца.
Сотрудники лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ рассмотрели возможность предотвращения хода волны в сердечных тканях неинвазивным способом, с помощью бромид азобензола триметиламмония (AzoTAB). Он под действием ультрафиолета меняет свое состояние, переходя в другую форму, и за счет этого изменяет возбудимость контактирующей с ним ткани.
«В норме волна возбуждения в сердце должна распространяться ровным фронтом по ткани, а при нарушении может закрутиться в спираль. Эта спираль будет сбивать новые сердечные сокращения, и в итоге сердце не сможет нормально сокращаться,– возникает аритмия. AzoTAB создает эффект “юлы на столе”, которая является аналогом спирали. Если стол наклонить, юла наклонится вместе с ним и просто уедет со стола. Таким образом, исчезнет и спираль. Наша работа показывает, что, введя в кровоток аналогичное AzoTAB фотоконтролирующее вещество, воздействуя светом, можно менять свойства ткани: сдвигать спираль аритмии в зависимости от того, куда направлен ультрафиолет, и в конечном итоге избавиться от волны. При этом, в отличие от некоторых других способов борьбы с аритмией, мы не используем никаких инвазивных инструментов или аппаратов сердечного сканирования, а просто вводим вещество»,– рассказал об исследовании Андрей Бережной, сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.
Ученые рассмотрели дрейф спиральных волн сердечной ткани в культуре в зоне возбудимости, создаваемой AzoTAB. Эти вещества позволяют изменять проводимость сердечной ткани с минимальным воздействием и, таким образом, контролировать аритмию. Конечно, AzoTab использовался как простой пример фотоконтролирующего вещества. Он токсичен, и задачей лаборатории в том числе является дальнейшая разработка нетоксичных способов такого фотоконтроля.
«Разработка новых подходов к подавлению сердечных аритмий требует глубокого понимания динамики спиральных волн. В данной работе мы исследовали влияние смоделированного градиента возбудимости в культуре клеток сердца. Наши экспериментальные данные подтвердили смещение волны аритмии, преимущественно в сторону меньшей возбудимости. Однако в ходе экспериментов мы наблюдали как сдвиги в сторону большей возбудимости, так и отсутствие сдвигов. Чтобы объяснить этот эффект, мы воспроизвели эксперименты в компьютерной модели, и она наглядно показала, что для объяснения механизма наблюдаемого дрейфа необходимо не только изменение коэффициентов возбудимости (ионных токов), но и коэффициента диффузии в среде. В результате мы экспериментально доказали возможность неинвазивного фотоконтроля аритмии с механистическим объяснением в компьютерных моделях»,– подытожила Валерия Цвелая, заведующий лабораторией экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.
