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
В 2019 году на базе кафедры начертательной геометрии Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета состоится III Сибирская олимпиада школьников по черчению.
16.12.2018
 
Заявление на участие в ЕГЭ со школьников собирают до февраля  - НГС.Новости Заявление на участие в ЕГЭ со школьников собирают до февраля  Власти утвердили новые правила сдачи ГИА и ЕГЭ — школьники будут сдавать новый иностранный язык, а также писать экзамен по информатике на компьютере,
14.12.2018
 
13 декабря на диссертационных советах НГТУ состоялось три успешных защиты диссертаций на соискание степени кандидата технических наук.
14.12.2018
В 2019 году на базе кафедры начертательной геометрии Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета состоится III Сибирская олимпиада школьников по черчению.
16.12.2018 РИА Сибирь
Глава региона Андрей Травников в ходе в церемонии открытия стартовавшего в Новосибирской области I этапа Всероссийских открытых соревнований среди юных биатлонистов «Кубок Анны Богалий — Skimir» прокомментировал инициати
13.12.2018 Правительство Новосибирской области
На заседании Попечительского совета НГАСУ (Сибстрин) подведены итоги года - НГАСУ На заседании Попечительского совета НГАСУ (Сибстрин) подведены итоги года 13 декабря 2018 года в Зале приемов НГАСУ (Сибстрин) под председательством заместителя Губернатора Новосибирской области Сергея Николаевича Сем
14.12.2018 НГАСУ
15 декабря в 21.25 в помещении пивного магазина на улице Виктора Уса женщина, угрожая продавщице ножом, завладела из кассы деньгами в сумме 11 900 рублей.
16.12.2018 ГУ МВД Новосибирской области
Перед кинотеатром «Победа» залили каток и включили новогоднюю иллюминацию - НГС.Новости Перед кинотеатром «Победа» залили каток и включили новогоднюю иллюминацию Сегодня, 16 декабря, в Новосибирске прошло торжественное открытие фестиваля «Снегурад»: перед Центром культуры и отдыха «Победа» построили каток,
16.12.2018 НГС.Новости
В рамках федеральной программы «Театр – детям» новосибирские кукольники выпустили спектакль по пожарной безопасности Новосибирский областной театр кукол пригласил юных зрителей в фантастическое путешествие на пожарной
12.12.2018 Газета Бумеранг
Светлана ФРОЛОВА Сергей ГРАНОВЕСОВ, заслуженный артист России, 70 лет, г. Новосибирск Я учился в Новосибирском театральном училище, у знаменитого педагога и артиста Анатолия Мовчана.
12.12.2018 Советская Сибирь
ПОРАЖЕНИЕ В ЯРОСЛАВЛЕ - БК Новосибирск «Буревестник» - «Новосибирск» 81:77 (20:26, 13:12, 18:22, 30:17) «Буревестник»: Бутянковс (26+13 подборов), Александров (20), Кольцов (11), Новиков (7), Кашин (5), Черныш (4), Агеев (4), Белов (4), Карпачев,
16.12.2018 БК Новосибирск
Мини-футбол - Федерация футбола НСО ПМФК «Сибиряк»:  Никита Евтушенко (в) - Сергей Покотыло, Жоан, Андрей Бастриков, Роман Главатских, Павел Чистополов, Николай Плахов, Иван Бахур, Ильнур Исламов МФК КПРФ:  Замтарадзе Георгий (в),
16.12.2018 Федерация футбола НСО
Министр физической культуры и спорта Новосибирской области Сергей Ахапов прокомментировал вопросы подготовки Новосибирска к предстоящему молодежному Чемпионату мира по хоккею с шайбой 2023 года.
12.12.2018 Сибирский репортер
В ночь на 15 декабря в полицию из медицинского учреждения поступило сообщение о стрельбе в одном из ночных клубов Ленинского района Новосибирска.
16.12.2018 ГУ МВД Новосибирской области
При жёсткой посадке вертолёта в Томской области пострадали пять человек В администрации Томской области рассказали о том, как чувствуют себя пострадавшие во время жёсткой посадки вертолёта Ми-8Т.
16.12.2018 НГС.Новости
Вчера, 15 декабря в 21.00 в селе Кудельный Ключ Тогучинского района 20-летний житель села, управляя автомобилем «Лада» ВАЗ-21102, допустил наезд на пешехода, двигавшегося по краю проезжей части.
16.12.2018 ГУ МВД Новосибирской области