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 Исследователи выяснили, что гипотеза о «рептильном мозге», поверх которого во время эволюции якобы наслоились более разумные отделы, оказалась ошибочной. Эволюция не наращивала новые слои нейронов один за другим, а постоянно перераспределяла мозговые ресурсы между двумя разными типами межнейронных связей.
Системой связи нового поколения NASA назвало Mars Telecommunications Network, что переводится как «марсианская телекоммуникационная сеть». Ее задача — обеспечить надежную высокоскоростную связь и систему навигации для аппаратов на Красной планете. Для создания сети выбрали компанию Blue Origin.
Найденное в Израиле двухтысячелетнее кольцо с греческой надписью «ΠΙΛΑΤΟ» не могло принадлежать лично римскому наместнику Иудеи Понтию Пилату. К такому выводу пришла автор нового исследования, предложившая свою интерпретацию надписи и кандидатуру вероятного владельца кольца.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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