В России приступили к созданию уникального биологического кардиостимулятора, который потребует малоинвазивного вмешательства и будет управляться с помощью света - без опутывающих сердце проводов.

В основе подхода - изменение клеток сердца, в которые будут вноситься гены рецепторов, ответственных в организме человека и животных за восприятие тепла. На идею создания такой методики бесконтактной стимуляции сердца ученых натолкнули наблюдения за гремучими змеями. В основу разработки легла технология, аналогов которой нет в мире.

Новую методику стимуляции сердечной мышцы разрабатывают российские ученые. Как сообщил "Известиям" заместитель директора Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ РАН) Александр Исаев, ученые пытаются заменить кардиостимуляторы, которые применяют в медицине сегодня, более безопасными и комфортными для пациента.

Дело в том, что современные устройства, работающие за счет электрических импульсов, вживляются через большой разрез. Это может грозить развитием воспалительных процессов при инфекциях и неправильном уходе за раневой поверхностью. А электроды, проводящие импульсы по венам, проходят непосредственно в камеры сердца, что чревато травмированием тканей и сосудов. Поэтому сотрудники ИБХ РАН задумались, как сделать операцию по вживлению стимулирующего устройства малоинвазивной, а сам прибор - беспроводным.

ОТ СВЕТА К ТЕПЛУ

- Наши ученые предлагают сначала изменить клетки сердца таким образом, чтобы они нужным образом воспринимали тепловое воздействие. Затем вживить в околосердечные ткани микродиод, который будет излучать свет. Сам принцип мы подсмотрели у гремучей змеи, которая, охотясь ночью, мгновенно определяет источник тепла, - отметил заместитель директора ИБХ РАН Александр Исаев.

Научное направление, лежащее в основе такого подхода - когда совмещаются тепловые реакции и генная инженерия, называется термогенетикой, оно выросло из оптогенетики. В обоих случаях в основе лежит воздействие на белки определенных генов с помощью света, но в термогенетике вместо светочувствительности ученые обращаются к чувству восприимчивости тепла или холода. Как пояснил "Известиям" руководитель лаборатории молекулярных технологий ИБХ РАН Всеволод Белоусов, суть в том, чтобы управлять функциями клеток на расстоянии.

- Медики всегда хотели научиться управлять активностью органов и тканей, чтобы устранять различные дисфункции. В науке существует много способов, как активировать клетки. Чтобы управлять ими на расстоянии, можно использовать различное излучение. Так и возникла оптогенетика, в которой совмещены две области науки. Это оптика, то есть свет, и генетика, так как клетки, по сути, являются антеннами, которые, воспринимая световой сигнал, кодируются на уровне генома, - разъяснил Всеволод Белоусов.

В случае с кардиостимулятором в качестве клеток-антенн ученые выбрали специфические ионные каналы - так называемые trp-рецепторы, реагирующие на тепло и холод.

УПРАВЛЕНИЕ СЕРДЦЕМ

На этапе лабораторных исследований ученые экспериментируют с ионными каналами гремучих змей, однако в дальнейшем во избежание отторжения иммунной системой их хотят заменить человеческими рецепторами со схожими функциями. Гены белков, из которых состоят термочувствительные рецепторы, будут вводиться пациенту с помощью инъекции.

- Это будет вакцина с вирусной системой доставки, то есть препарат станет проходить по кровотоку, а частицы вируса будут иметь повышенное сродство именно с тканью сердца, поэтому нужные нам гены будут накапливаться именно в сердце, - рассказал Всеволод Белоусов.

После введения такого генного препарата человеку будет вживляться излучатель с батарейкой - инфракрасный светодиод. Как поясняют ученые, по сути, это будет дистанционный кардиостимулятор.

- Важно, что имплантация не будет производиться непосредственно в сердце. Не будет и провода, который идет через сердечную мышцу, вместо него станет использоваться источник инфракрасного излучения. Оно попадает в ткань, терморецепторы, накопленные в клетках сердца - кардиомиоцитах, активируются и стимулируют сокращение мышц, - сообщил Всеволод Белоусов. - По сути, у нас появляется технология, которая позволяет на расстоянии управлять функцией миокарда: мы просто размещаем у сердечной сумки инфракрасный диод, что менее травматично и позволяет избежать воспаления.

НЕИЗВЕДАННОЕ НОВОЕ

Сейчас ученые отрабатывают новую технологию в лаборатории и планируют получить разрешение на проведение доклинических испытаний. По плану на фундаментальную часть исследования должно уйти около двух лет. Однако, как пояснил Александр Исаев, процесс разработки может затянуться.

- Особенность этого метода такова, что в стране отсутствуют даже описанные методы доклиники и клиники. Никто не понимает, как это регулировать. Нужно сначала изменить некие регламентные документы, для того чтобы проводить испытания. За границей такие исследования спокойно проходят, - отметил ученый.

Декан медико-биологического факультета, заведующая кафедрой биофизики и функциональной диагностики СибГМУ Светлана Гусакова считает: разработка ученых ИБХ РАН - это совершенно новое направление в области биомедицинских исследований.

- Оптогенетика - это технология не только манипуляции, но и контроля над электрофизиологическими свойствами возбудимых тканей, таких как мозг и сердце. Сама идея создания бесконтактного кардиостимулятора базируется на знаниях, полученных за последнее десятилетие по разным отраслям науки - генетики, клеточной биологии, биофизики. Это именно та ситуация, когда новые знания фундаментального характера трансформируются в новую технологию. Авторам предстоит еще немало работы, чтобы отработать эту технологию в лаборатории, и, наверное, еще больше предстоит сделать для получения разрешения на проведение доклинических и клинических испытаний, - отметила Светлана Гусакова.

Директор Института персонализированной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Филипп Копылов сообщил: предлагаемая учеными ИБХ РАН методика обсуждается в мировой научной литературе в разных вариантах с 2010 года.

- Потенциально она может рассматриваться как способ контроля сердечного ритма, однако на пути решения этой задачи стоит большое количество разнообразных проблем по изменению генома в одном отдельном органе человека. По состоянию сегодняшнего научного знания задача представляется решаемой в горизонте десяти лет, - считает Филипп Копылов.

Проект по созданию малоинвазивного кардиостимулятора является одним из приоритетных в ИБХ РАН. Он входит в программу работы созданного на базе института Центра компетенций Национальной технологической инициативы, который получил государственный грант на реализацию исследовательской деятельности в области управления свойствами биологических объектов. Оператором проекта Центра компетенций является Российская венчурная компания.


После введения генного препарата человеку будет вживляться инфракрасный светодиод. Это и будет дистанционный кардиостимулятор

Мария Недюк

Похожие новости

  • 17/12/2018

    Российские ученые создали аналог человеческой кожи

    ​Ученые Курчатовского института вырастили из клеток человека аналог кожи для тестирования фармакологических препаратов. Разработка очень перспективна в плане испытания лекарств, поскольку у исследователей отпадает необходимость проводить тесты на животных и людях.
    1343
  • 21/01/2017

    Самые обсуждаемые российские научные разработки

    Программа-антиплагиат вывела на чистую воду "Фантастических тварей", волшебная таблетка спасет печень после праздничного застолья, а землетрясения наконец можно будет прогнозировать... Это лишь часть новейших разработок российских ученых, бурно обсуждаемых не только в научном мире, но и в Сети.
    2721
  • 23/08/2018

    Что показывают томичи на форуме «Армия – 2018»

     В Московской области с 21 по 26 августа проходит международный военно-технический форум «Армия – 2018». От Томской области туда отправилась делегация из представителей восьми инновационных компаний, трех вузов и одного научно-исследовательского института.
    1161
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    390
  • 19/07/2017

    Ученые ТПУ представляют свои разработки на крупнейшем авиасалоне МАКС-2017

    ​​18 июля XIII Международный авиационно-космический салон "МАКС-2017" - один из крупнейших мировых авиасалонов - начал свою работу на аэродроме в подмосковном Жуковском. Томский политехнический университет представляет здесь свои уникальные разработки, среди которых тепловой дефектоскоп для контроля композиционных материалов авиационной техники, технологии 3D-печати в условиях невесомости, покрытия для станций "Глонасс" и для защиты солнечных батарей, антиметеоритные защитные пленки для иллюминаторов космических кораблей.
    1103
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    691
  • 09/08/2016

    В ТПУ разрабатывают систему автоматического обнаружения сбоев в работе организма

    ​Молодой ученый Томского политехнического университета (ТПУ) работает над системой автоматического контроля состояния здоровья с помощью фитнес-трекеров. После обнаружения сбоя система будет самостоятельно запускать электромагнитную терапию, которая будет способствовать нормализации работы организма  Система, разрабатываемая экспертом Полигона инженерного предпринимательства ТПУ Иваном Зерниным, состоит из двух элементов: фитнес-трекера и физиотерапевтического браслета.
    1721
  • 17/02/2017

    В ТУСУРе разработали сервис для владельцев комнатных растений

    Студенты Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники создают систему для удаленного наблюдения и ухода за комнатными растениями.С ее помощью возможно будет ухаживать за любимым растением, находясь в командировке или отпуске: наблюдать в онлайн-режиме и при необходимости корректировать "параметры ухода" из любой точки земного шара через веб-сервер.
    1544
  • 27/06/2018

    Томский УМНИК поможет больным с рассеянным склерозом

    ​Победитель конкурса УМНИК Фонда содействия инновациям (Фонд Бортника), аспирант кафедры неврологии и нейрохирургии СибГМУ Анастасия Семкина, разрабатывает алгоритм реабилитации пациентов с рассеянным склерозом с использованием очков дополненной реальности и смартфона.
    895
  • 16/04/2018

    Томские ученые приступили к реализациипроекта в области биоинженерии кости

    ​Исследователи ТГУ приступили к реализации крупного междисциплинарного проекта в области биоинженерии кости. Соисполнителями по проекту являются биологи, химики, медики, фармакологи и другие специалисты из научных центров России и зарубежья.
    794