Işıkla çalışan genetik kalp pili 16.07.2015

Kalp pilleri birçok hayat kurtarsa ​​da - istatistiklere göre, dünya çapında 3 milyondan fazla insan bu tür cihazları taşıyor - bunların kullanımı bazı rahatsızlıklarla ilişkilendiriliyor. Bir kalp pili veya yapay bir kalp pili, kalp kasılmalarının normal sıklığını ve periyodikliğini geri kazanmaya yardımcı olur - aksi takdirde, ritim bozuklukları tüm organizma için ölüme kadar oldukça ciddi sonuçlara yol açabilir. Ancak kalp pilinin çalışması için elektrotlarının kalbe implante edilmesi, onlardan gelen tellerin derinin altına implante edilen bir puls üretecine bağlanması gerekir.

Zamanla, kalp pilleri küçüldü ve damarlardan bir kateter kullanarak kalbe teller içeren elektrotlar yerleştirmek mümkün hale geldi. Ancak stimülatör ne kadar küçük ve telleri ne kadar ince olursa olsun yine de pillerini değiştirmesi gerekiyor ki bu da küçük de olsa kaçınılmaz bir işlem anlamına geliyor. Ayrıca kalbe ulaşan elektrotlu teller aşınabilir ve zaman zaman değiştirilmesi gerekebilir. Öte yandan telleri çekme ihtiyacından dolayı stimülatörü istediğimiz yere yerleştiremiyoruz ve pek çok noktayı stimülasyon için kullanamıyoruz. Kalbin kendisi her zaman harici bir cihaz tarafından uyarılmaktan "hoşlanmaz". Son olarak, çocuklardan bahsediyorsak, yapay bir kalp pili takmaları her zaman mümkün değildir.

Technion İsrail Teknoloji Enstitüsü'nden Udi Nussinovitch ve Lior Gepstein, telsiz, elektrotsuz, pilsiz ve kelimenin tam anlamıyla ışıkta çalışan bir tür kalp pili modeli geliştirdiler. Aslında, harici bir cihaz şeklinde hiçbir uyarıcı yoktur - araştırmacılar kalp hücrelerine, kalp kasılmalarını kontrol etmeyi mümkün kılan bir optogenetik modifikasyon getirdiler. Optogenetik yöntemlerin genel anlamı, hücreye ışığa duyarlı bir protein geninin sokulmasıdır - hücre zarına entegre olan böyle bir protein, bir ışık darbesine yanıt olarak zardaki iyon kanallarını açar. Ve bildiğimiz gibi, elektrokimyasal bir dürtü yaratan, zarın her iki tarafındaki iyonların yeniden dağılımıdır. Optogenetik, nörobiyolojide en geniş kullanım alanını bulmuştur: bir nörona ışığa duyarlı bir protein sokarak, ışık sinyallerini kullanarak keyfi olarak bir nöron zincirinde bir sinyal üretebiliriz.

Ancak sonuçta, kalp ritmi aynı zamanda elektrokimyasal impulslara da bağlıdır (kalpte otonom sinir sisteminin lifleri olmasına rağmen, bazı özel miyokardiyal hücrelerin kendilerinin ritmik sinyaller üretebileceğini ve kalbin sözde iletim sistemini oluşturabileceğini hatırlayın) . Ve hiçbir şey kalpte bir optogenetik mekanizmanın girişini engellemez.

Araştırmacılar tam da bunu yaptı: özel bir "evcilleştirilmiş" virüsün yardımıyla, mavi ışığa tepki veren algal ışığa duyarlı protein ChR2'yi (channelrhodopsin-2) farelerin kalplerinin karıncıklarına soktular. (Tek hücreli yeşil algler, Chlamydomonas gibi, bu proteini daha parlak yerler bulmak için kullanırlar.) Yazarlar, hayvanların kalp atış hızını mavi flaşlarla ayarlayabildiklerini yazıyorlar. Virüs, kalp kasının çeşitli bölümlerine protein iletmenize izin verir, böylece kalbi daha verimli bir şekilde kontrol edebilirsiniz, çünkü farklı yerlerden birçok hücre aynı anda harici bir sinyale yanıt verir.

Optoproteini “açmak” için elektrot gerekmez: Dışarıdan gelen mavi ışık, canlı dokulara oldukça zayıf bir şekilde nüfuz etmesine rağmen yine de kalbe ulaşabilir. Ama - sadece bir sıçandan bahsediyorsak. Az ya da çok büyük bir hayvanda, bir insandan bahsetmeden, kalp daha derindedir, bu yüzden burada bir ışık dalgasının ona ne kadar süre ulaşabileceğini ve buna bağlı olarak hangi ışığa duyarlı proteinin gerekli olacağını düşünmeniz gerekir. Spektrumun kırmızı ve kızılötesi bölgeleri burada uygun olabilir ve konu primatlarla yapılan deneylere gelirse, kullanılacak dalga boyları bunlardır.

Bununla birlikte, kablosuz bir kalp pili yaratmanın başka yaklaşımları olduğunu belirtmekte fayda var. Yaklaşık bir yıl önce, vücudun hemen yüzeyinde bulunan bir elektromanyetik dalga üreteci kullanarak kalp pilinin çalışmasını desteklemeyi öneren Stanford Üniversitesi çalışanlarının gelişimi hakkında yazmıştık. Başka bir fikir, Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi'nden araştırmacılara ait - kalp pilinin kasılmalarının enerjisi nedeniyle kalp kasının kendisinden çalışmasını sağlayabildiler. Ancak, elbette, optogenetik yaklaşım en radikal görünüyor - kalbe herhangi bir cihaz yerleştirmeye hiç gerek yok.