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

  • 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.
    483
  • 13/02/2018

    Самые интересные научные открытия года

    ​8 февраля в России отмечается День российской науки. "Комсомольская правда" совместно с научно-популярным порталом "Чердак", созданным агентством ТАСС совместно с Минобрнауки России, рассказали о заметных научных разработках, экспериментах и открытиях российских ученых в 2017 году.
    789
  • 01/08/2018

    Томские материаловеды создают импланты, сохраняющие гибкость позвоночника

    ​Ученые ТГУ и ИФПМ СО РАН разрабатывают керамические импланты для лечения при повреждениях позвоночника. Подобные операции необходимы людям, перенесшим тяжелую травму или страдающим дегенеративными заболеваниями позвоночника.
    403
  • 15/12/2017

    Томские ученые создали малотравматичный холодноплазменный инструмент для операций на сердце

    ​Томские ученые из НИИ кардиологии разработали хирургический инструмент для рассечения грудины, способствующий снижению травматичности и кровопотери при операциях на сердце. Прибор представляет собой более совершенную альтернативу существующим методикам и не имеет аналогов в мире.
    511
  • 16/02/2018

    В томском НИИ кардиологии впервые в России имплантированы дефибрилляторы нового поколения для лечения сердечной недостаточности

    ​Впервые в России в НИИ кардиологии Томского НИМЦ РАН пациентам с сердечной недостаточностью имплантированы устройства для сердечной ресинхронизирующей терапии нового поколения Viva Quad XT CRTD, разработанные компанией Medtronic.
    563
  • 13/06/2018

    Ученые создали метод, позволяющий отслеживать развитие мозга плода в утробе матери

    Ученые из Международного томографического центра СО РАН, Томского государственного университета и Университета Вашингтона (США) разработали способ, позволяющий внутриутробно определять степень миелинизации головного мозга плода на самых начальных этапах.
    448
  • 22/02/2018

    Медики будут проводить операции с зонтичным окклюдером новосибирского производства

    ​В клинике Мешалкина идет подготовка докторов, которые смогут использовать эту инновационную разработку. - Совместно с ОАО "Ангиолайн" и НИИПК им. Мешалкина мы разрабатываем фундаментальные основы для создания различных имплантов, покрытий и основ.
    513
  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    763
  • 13/01/2017

    Лабораторные работы: ученые и инновации

    ​Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей.
    1839
  • 22/11/2016

    По итогам конкурса ВИК.Нано: наносито для крови

    Nanonewsnet.ru продолжает публиковать интервью о решении непростых инженерных задач. На вопросы о конкурсе ВИК.Нано и о своем проекте по очистке крови с помощью композитных сит из керамики и цеолитов ответил аспирант Томского государственного университета, один из трех финалистов, получивших главный приз конкурса, Александр Бузимов.
    1745