Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые смоделировали аритмию на культуре клеток сердца
Изучать болезни сердца можно не только на целом органе, но и с помощью клеточных моделей. Например, культуры кардиомиоцитов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Исследователи МФТИ использовали такие клетки сердца для изучения развития аритмии и реакции на фармакологическую стимуляцию с помощью аналога адреналина. Полученные данные пригодятся для построения математических моделей сердца и прогнозирования поведения сердечной ткани.
Сердечно-сосудистые заболевания остаются одной из главных причин заболеваемости и смертности во всем мире. Несмотря на подробно изученную работу органа, в вопросах нарушения сердечного ритма остается много неясного.
Чтобы восполнить пробел, ученые исследуют работу сердца «в пробирке» благодаря технологии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Из них можно вырастить любые живые клетки, в том числе человеческого сердца — кардиомиоциты. Это отличная модель, которая позволяет понять, как в сердце возникают опасные сбои ритма (аритмии) и как оно реагирует на гормоны.
Именно этот подход использовали физтехи. На культивируемые кардиомиоциты здорового человека действовали препаратом изопреналин, это искусственный аналог мобилизующего «гормона стресса» адреналина, который вырабатывают надпочечники. Врачи применяют его в экстренных случаях, например когда нужно «запустить» остановившееся сердце или заставить его биться чаще при опасном замедлении пульса. Результат опубликован в журнале «Гены и клетки».
Для описания активности сердца ученые использовали пэтч-кламп — электрофизиологическую методику изучения ионных каналов, при которой фрагмент клеточной мембраны фиксируют на микропипетке. Были зарегистрированы токи через ионные каналы на мембране, включая быстрые натриевые каналы, кальциевые каналы L-типа и медленные компоненты калиевых каналов задержанного выпрямления.
Физтехи установили, как бета-адреностимуляция, то есть воздействие, имитирующее активацию вегетативной нервной системы, вызывает значительное усиление токов в потенциалзависимых каналах человеческих кардиомиоцитов. Даже малая доза «лабораторного адреналина» (изопреналина) резко усиливает потоки натрия, кальция и калия, проходящие через их мембрану. Однако проблема кроется в разнице времени «включения» этих токов.
Выяснилось, что кальциевый ток, отвечающий за возбуждение, активируется почти мгновенно, а калиевый ток, который «успокаивает» клетку, нарастает с заметным опозданием. Этот временной разрыв нарушает баланс, из-за чего сердечный импульс задерживается и в первые секунды стресса возникают опасные короткие сбои в работе сердца.
Ученые отметили, что изопреналин увеличивает амплитуду тока через кальциевые каналы на 120%. С одной стороны, это может быть полезно: чем больше кальция попадает в сердечную мышцу, тем мощнее она качает кровь. Однако избыток этих ионов может создать в сердце излишнюю активность, что также способствует нарушениям ритма.
Изопреналин заметно усиливает «электрический запуск» сердца: генерирующие потенциал действия натриевые каналы начинают работать на 73% активнее. Внутри клетки запускается цепь реакций, которая заставляет натриевые «ворота» пропускать больше тока. В результате импульс распространяется по сердцу быстрее, что опять-таки может вызвать опасную аритмию. В том числе после инфаркта миокарда.
Существенно также, что в этот момент в клетках сердца активируется запасной «предохранитель» — медленный компонент калиевых каналов. В нормальном состоянии он менее активен: у человека и других крупных млекопитающих преобладает быстрый компонент калиевых каналов. Однако после добавления изопреналина ситуация кардинально меняется: работа медленной компоненты усиливается почти на 98%.
Важным преимуществом работы стало использование человеческих клеток. На таких кардиомиоцитах редко проводят эксперименты, как правило, используются клетки сердца животных, которые заметно отличаются. В том числе свойствами ионных каналов.
Стоит учитывать и некоторые ограничения исследования: кардиомиоциты, выращенные из ИПСК, по степени зрелости могут не вполне соответствовать клеткам взрослого человека. Тем не менее их характеристики максимально приближены к реальной сердечной ткани. Еще одним ограничением работы является то, что все измерения проводились при физиологической температуре 37 °C. Хотя она и приближает эксперимент к реальным условиям организма, такая температура создает технические сложности для регистрации натриевого тока, повышая уровень «шума».
«Работа показывает, что человеческие кардиомиоциты из ИПСК надежно повторяют ключевые эффекты β-адреностимуляции изопреналином. С помощью метода пэтч-кламп мы получили количественные параметры моделирования электрической активности сердца при симпатической нагрузке: амплитуды токов ионов натрия, кальция и калия INa, ICa, L и IKs увеличиваются на 73%, 120% и 98% соответственно. Смещение вольтамперных кривых в совокупности с дисбалансом в кинетике активации ионных каналов может способствовать ранней постдеполяризации. Наши результаты демонстрируют возможности скрининга лекарственных препаратов и персонализированной медицины»,— отметила Сандаара Коваленко, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Научное сообщество подходит к созданию квантовых компьютеров с разных сторон. В этой гонке технологий даже нежелательный эффект, сопровождающий еще ненайденную частицу, может стать частью вычислительной логики.
Ученые из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ теоретически исследовали, как между собой взаимодействуют фотоны, испускаемые искусственным атомом. Для этого они рассчитали спектры резонансной флуоресценции. Результаты работы актуальны для квантовой оптики и способствуют развитию квантовых технологий — от точной спектроскопии до квантовых вычислений.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно