​Исследователи из Национального медицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина, ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН и Московского физико-технического института разрабатывают биологический кардиостимулятор для восстановления ритма сердца. Он 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 НМИЦ им. Е.Н. Мешалкина Артём Григорьевич 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 НМИЦ им. Е.Н. Мешалкина кандидат биологических наук Давид Сергеевич Сергеевичев.
 
Для получения пейсмекеров используется технология плюрипотентных клеток, которая разрабатывается в лаборатории эпигенетики развития ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН под руководством доктора биологических наук Сурена Минасовича 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 ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Софья Викторовна Павлова. 
 
Характеристика КМ (25 день дифференцировки) методом ИФ окрашивания к маркеру кардиомиоцитов TnT (красный), делящихся клеток (Ki67), вентрикулярных КМ (MLS2) и пейсмейкеров (HCN4) 
 
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 Игоревича 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 Александровна Цвелая. 
 
В НМИЦ им. 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 РНФ № 17-75-30009.
 
Диана Хомякова

Источники

Сибирские учены участвуют в разработке биологического кардиостимулятора
Infopro54.ru, 14/03/2018
Ученые из Академгородка совместно с московскими коллегами разрабатывают биологический кардиостимулятор
Академия новостей (academ.info), 14/03/2018
Клеточный мотор
Наука в Сибири (sbras.info), 14/03/2018
Кардиостимулятор из собственных клеток пациента создают сибирские ученые
Свидетель (svidetel24.info), 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
Eurasiadiary.com, 14/03/2018
Армянский и грузинский ученые разрабатывают уникальный кардиостимулятор в России
Iravunk.com, 14/03/2018
В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток
Cont.ws, 14/03/2018
Сибирские ученые создают биологический кардиостимулятор
Zelv.ru, 14/03/2018
Кардиостимулятор из клеток пациента
Медицинское Обозрение (m-oboz.ru), 14/03/2018
Армянский и грузинский ученые разрабатывают уникальный кардиостимулятор в России
Sputnik (armeniasputnik.am), 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
3news.ru, 14/03/2018
Кардиостимулятор из клеток пациента
Русская планета (rusplt.ru), 14/03/2018
В Сибири разработали основу для клеточного кардиостимулятора
РИА АМИ (riaami.ru), 14/03/2018
Армяно-грузинское сердце: генетики в России разрабатывают новый кардиостимулятор
RusArmInfo.ru, 14/03/2018
В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток
Красноярский медицинский портал (krasgmu.net), 14/03/2018
В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток
События дня (inforu.news), 14/03/2018
В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток
Российская газета (rg.ru), 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор - новости на сегодня 14.03.2018
News2world.net, 14/03/2018
Ученые и врачи в Сибири разрабатывают биологический кардиостимулятор из клеток пациентов
Google Новости ТОП, 14/03/2018
Ученые из Сибири разрабатывают биологический кардиостимулятор
Российская академия наук (ras.ru), 14/03/2018
Ученые и врачи в Сибири разрабатывают биологический кардиостимулятор из клеток пациентов
ТАСС, 14/03/2018
В Сибири разрабатывают биологический кардиостимулятор
The Moscow Post (moscow-post.com), 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
Profi-news.ru, 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
РИА Новости, 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
Newsmir.info, 14/03/2018
Сибирские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор на замену искусственному
РИА Новости # Все новости (Закрытая лента), 14/03/2018
Сибирские ученые создают кардиостимулятор из клеток пациентов
НИА Красноярск (24rus.ru), 15/03/2018
Сибирские ученые создают кардиостимулятор из клеток пациентов
123ru.net, 15/03/2018
Сибирские ученые создают кардиостимулятор из клеток пациентов
Gorodskoyportal.ru/krasnoyarsk, 15/03/2018
Сибирские ученые создают кардиостимулятор из клеток пациентов
Mirtesen.sputnik.ru, 15/03/2018
Сибирские ученые создадут биологический кардиостимулятор
Sibnet.ru, 15/03/2018
Биокардиостимулятор для сердца создали ученые из Новосибирска
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 15/03/2018
Российские изобретатели готовят уникальный кардиостимулятор
Mogu.by, 15/03/2018
Российские изобретатели готовят уникальный кардиостимулятор
Recipe.ru, 15/03/2018
Ведутся разработки кардиостимулятора из биологических клеток
Вся экология (ecoportal.su), 15/03/2018
Российские изобретатели готовят уникальный кардиостимулятор
MEDdaily (meddaily.ru), 15/03/2018
Российские изобретатели готовят уникальный кардиостимулятор
Новости дня России и мира (novostidnya24.ru), 15/03/2018
В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток
Твой город Псков (tvoygorodpskov.ru), 15/03/2018
Центр Мешалкина разрабатывает биологический кардиостимулятор
Медицинский вестник (medvestnik.ru), 15/03/2018
Новосибирские и московские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 18/03/2018
В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток.
Экономика и ТЭК России (tek-russia.com), 18/03/2018
Новосибирские и московские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
БезФормата.Ru Новосибирск (novosibirsk.bezformata.ru), 18/03/2018
Новосибирские и московские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 17/03/2018
Клеточный мотор. Ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор для восстановления ритма сердца
Российский научный фонд (rscf.ru), 16/03/2018
Замену кардиостимуляторам - "умные" клетки - выращивают ученые
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 20/03/2018
Российские ученые разрабатывают биологический кардиостимулятор для восстановления ритма сердца
Научная Россия (scientificrussia.ru), 21/03/2018
Российские ученые лечат сердце пациента его собственными клетками
Усть-Кут 24 (ust-kut24.ru), 23/03/2018
Российские ученые лечат сердце пациента его собственными клетками
Hi-tech@Mail.Ru, 22/03/2018
Ведущие ученые Новосибирска и Москвы работают над созданием нового кардиостимулятора
ГТРК Новосибирск, 24/03/2018
Ведущие ученые Новосибирска и Москвы работают над созданием нового кардиостимулятора
Новости Новосибирска (novosibirsk-news.net), 24/03/2018
Водитель ритма
Российская газета, 28/03/2018
Водитель ритма
Российская газета # Москва, 28/03/2018
Сибирские ученые предложили заменить кардиостимулятор живыми клетками
События дня (inforu.news), 27/03/2018
Сибирские ученые предложили заменить кардиостимулятор живыми клетками
Российская газета (rg.ru), 27/03/2018
Ведущие ученые Новосибирска и Москвы работают над созданием нового кардиостимулятора
Российский научный фонд (rscf.ru), 30/03/2018

Похожие новости

  • 26/12/2016

    В ИЯФ СО РАН разрабатывают новый способ лечения опухолей мозга

    ​Сотрудники Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН исследуют метод микропучковой рентгеновской терапии злокачественных опухолей мозга. Уже проведены пробные эксперименты по облучению клеточных культур глиомы человека с добавлением наночастиц оксида марганца.
    1366
  • 29/06/2016

    Кровоизлияние в мозг - не приговор

    ​Каждый шестой человек с геморрагическим инсультом – кровоизлиянием в мозг, вызванным разрывом сосудов, умирает в машине скорой помощи. Риск кровоизлияния, приводящего к летальному исходу или тяжелым неврологическим последствиям, остается высоким даже после успешной операции на сосудах.
    2698
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    1970
  • 19/11/2018

    Биолог из Новосибирска разработал мобильное приложение для сельского хозяйства

    Труд агрономов и селекционеров иногда содержит очень утомительные операции. Например, периодически им требуется подсчитывать количество зерен в колосьях пшеницы. Не делать этого вручную позволяет мобильное приложение SeedCounter, которое вместе с коллегами создал биолог Михаил Генаев из Новосибирска.
    100
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    513
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    1560
  • 10/08/2018

    Ученые установили, что боли в спине связаны с генами и депрессией

    Коллектив ученых из России (Институт цитологии и генетики СО РАН и Новосибирский государственный университет), Великобритании, США и Нидерландов провел масштабное полногеномное исследование ассоциаций болей в пояснице и различных других состояний.
    352
  • 20/02/2018

    Книга про эксперимент по доместикации лисиц удостоена престижной международной премии

    ​Совместная работа Людмилы Трут (ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН) и американского исследователя Ли Дугаткина была удостоена премии, которую считают аналогом "Оскара" в области научно-популярной литературы.
    689
  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    729
  • 04/10/2018

    Дела хозяйские

    Существует стереотип, что паразитарные заболевания – удел стран «третьего мира», сохранивших черты доиндустриальной эпохи. Но так ли это на самом деле? Насколько реальна угроза описторхоза для жителей вполне современных сибирских мегаполисов? И почему большое количество западных ученых занимаются исследованиями в области паразитологии.
    237