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

  • 15/04/2021

    Новый алгоритм учёных поможет быстрее диагностировать опухоли щитовидной железы

     Исследователи из 10 ведущих научных центров России, среди которых ТГУ, МГУ, НГУ, НИЦ «Курчатовский институт», ИЛФ РАН, ИПЛИТ РАН и другие, в рамках комплексного проекта РФФИ разработали новый подход к диагностике опухолей щитовидной железы, основанный на анализе крови.
    1275
  • 19/10/2020

    Свои разработки на форуме «Открытые инновации» в Сколково представляют ТГУ и АлтГУ

    ​С 19 по 21 октября в Сколково проходит Московский международный форум инновационного развития «Открытые инновации». В состав экспозиции Минобрнауки России вошли более 50 организаций – ведущие университеты страны, институты РАН, научно-исследовательские центры, малые инновационные предприятия.
    892
  • 10/08/2020

    Состоялась Международная летняя онлайн-школа «Инновационные технологии ядерной медицины и лучевой терапии»

    С 27 июля по 2 августа Инженерно-физический институт биомедицины НИЯУ МИФИ провел Международную летнюю онлайн-школу «Инновационные технологии ядерной медицины и лучевой терапии», на которой ведущие российские и зарубежные ученые в области ядерной медицины и лучевой диагностики и терапии прочли лекций в своей научной области.
    618
  • 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.
    2108
  • 25/02/2020

    Ученые — о ближайшем будущем технологий

    ​Ученые из российских вузов Проекта 5–100 рассказали о том, каких прорывов и открытий в сфере своих научных интересов они ждут в ближайшее десятилетие. Мы отобрали прогнозы о развитии технологий, к которым стоит присмотреться бизнесу.
    3486
  • 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.
    3221
  • 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.
    1958
  • 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.
    1815
  • 15/02/2019

    В Томске за состоянием пациентов с кардиостимуляторами будут следить удаленно

    Впервые в НИИ кардиологии Томского НИМЦ за состоянием пациентов с имплантированными кардиологическими устройствами Medtronic будут следить удаленно. В кардиологическом диспансере установлена система удаленного мониторинга пациентов — CareLink Express, не имеющая аналогов в Томской области.
    1186
  • 17/02/2021

    Антивирусную лампу, представленную томскими учеными, планируется запустить в производство

    ​Антивирусную лампу, представленную томскими учеными, планируется запустить в производство. Напомним, разработанную ими антивирусную лампу нового типа представили ученые Института сильноточной электроники СО РАН, изготовили ее в НПЦ "Полюс".
    497