Российские ученые продлили жизнь донорскому сердцу
Ученые МФТИ разработали новый неинвазивный метод для оценки состояния донорского сердца во время транспортировки перед пересадкой. Метод основан на регистрации естественной флуоресценции молекулы NADH, которая присутствует в сердечной ткани и меняет свои свойства при кислородном голодании (ишемии). Это позволяет в реальном времени обнаруживать начальные, еще обратимые повреждения клеток, которые не выявляются стандартными биохимическими тестами.
Работа опубликована в журнале Biochemistry. Новый подход к неинвазивному оптическому обнаружению гипоксии (пониженному содержанию кислорода), которая может наблюдаться, когда потребляемая энергия не соответствует затрачиваемой энергии при проведении электромеханической волны в сердце, разработали ученые лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ с коллегами. Гипоксия может привести к гипертрофии левого желудочка, а из-за нее развиваются серьезные осложнения. Также метод подходит для оперативной оценки метаболизма и повреждений сердечных клеток в том числе и при трансплантации.
Метод заключается в регистрации повреждений с помощью естественной флуоресценции никотинамидадениндинуклеотида (NADH), который является формой хранения энергии и используется в митохондриях. Также это одно из первых обнаруженных эндогенных биологических веществ, проявляющих автофлуоресценцию в видимом свете (fNADH), которая сильно коррелирует с потреблением кислорода клетками.
Как работает наше сердце? Физиология сердца включает сложную координацию сигнальных путей клеток, которые регулируют каждое сокращение. Сама сердечная электрическая активность возникает из-за динамики ионных каналов. Энергия для этих процессов получается из молекул АТФ — хранилищ энергии, вырабатываемых в митохондриях. Все эти функции взаимосвязаны. При правильной координации этих процессов сердце способно выполнять свою основную физиологическую функцию: сокращаться, чтобы перекачивать кровь в сосудистую систему.
Но сама жизнедеятельность организма, стрессы и травмы приводят к патологическим процессам, в том числе аритмии, которую вызывают локальные неоднородности. Аритмия, в свою очередь, может приводить к дискоординации вплоть до фатальной фибрилляции желудочков. А сама сложность системы регуляции сократимости сердца может вызвать непредсказуемые побочные эффекты при фармакологическом вмешательстве. Это подчеркивает острую необходимость во всесторонних методологиях скрининга сердца на этапе тестирования лекарств.
Для решения этих и ряда сопутствующих проблем ученые МФТИ провели исследования и серию экспериментов, применив подход оптического картирования, позволяющего изучать сопряжение метаболизма, возбуждения и сокращения в сердечной ткани человека.
«Для оценки состояния сердечной ткани возможно использовать флуоресцентные молекулы NADH, которые находятся непосредственно в сердце. Это позволяет избежать добавления красителей. Естественная флюоресцентность NADH способна подсветить любой орган ближним ультрафиолетовым излучением. В ответ он будет светиться синим, и это излучение можно зафиксировать. В этой работе мы хотели проверить, насколько такая флюоресцентная метка может дать точную информацию о состоянии органа. Мы рассматриваем наш метод скорее как референсный — запасной источник информации к классическим красителям, которые показывают сердечную волну возбуждения»,— рассказал об исследовании Михаил Слотвицкий, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.
Ученые провели эксперимент, в ходе которого замерили, как изменялась динамика флуоресценции NADH под воздействием постоянного излучения. Эти данные использовались в качестве исходного источника информации о клеточном метаболизме. Для классификации обратимых и необратимых стадий ишемического повреждения сотрудники лаборатории использовали чувствительный краситель.
«Каких целей мы хотели достичь проводя эту работу? Их несколько, есть и сугубо прикладные — определение состояния тканей органов при транспортировке. К сожалению, медицина до сих пор испытывает серьезный недостаток информации о состоянии сердца, которое готовят к пересадке. Его жизнеспособность напрямую зависит от времени и условий транспортировки. Способность сердца к пересадке сохраняется около четырех часов. Если время на пределе, орган уже не используют вне зависимости от его состояния.
Сложности возникают непосредственно во время „пути”. В это время электрическую активность сердца выключают для экономии энергии. Для этого через орган прогоняют солевой раствор, затем добавляют специальные компоненты, которые и должны заблокировать электрическую активность. В итоге сердце перестает сокращаться, потому что сигнала к сокращению нет. Так сердце экономит энергию, но при этом мы совершенно не знаем, в каком оно состоянии и насколько хорошо будет сокращаться, когда мы его пустим заново. Более точная и оперативная оценка локальных повреждений позволит увеличить процент удачных трансплантаций»,— подчеркнул Михаил Слотвицкий.
Для исследования в лаборатории вырастили специальную ткань из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека — монослой сердечных клеток для экспериментальной модели.
«Искусственная ткань позволила нам использовать активные красители, которые нельзя тестировать на человеке. Это дало более точный результат, который был недоступен в клинике. В ходе эксперимента мы смотрели, как волна возбуждения распространяется по органу, потом брали раствор, в котором обычно перевозятся сердца, останавливали активность монослоя специальным раствором и держали четыре часа, которые разрешены для транспортировки. За это время мы наблюдали, как естественная флюоресценция сердечной ткани меняется»,— добавил Михаил Слотвицкий.
Ученые обнаружили что через четыре часа очаги, которые после запуска ткани показали дисфункцию, имели отличающуюся динамику флуоресценции: стала выше скорость изменения сигнала при записи. Раньше небольшое падение сигнала во время записи было неизбежным артефактом, но в своем исследовании ученые обнаружили, что такое падение сигнала (фотообесцвечивание) не случайно и несет новую информацию о метаболизме. Это позволило не только изучить проблемные места при транспортировке сердца, но и доказало, что клетки NADH позволяют просмотреть локально проблемные зоны после его запуска.
«В лечебной практике сохранность сердца оценивают с помощью биохимического анализа раствора, который пропускают через сердечные клетки. Биохимия показывает необратимые повреждения клеток, когда из них выходят ионы калия и тропонин. Но проблема в том, что их видно, когда сердце уже точно необратимо повреждено. Этот анализ реагирует на довольно большое число необратимо поврежденных клеток.
Молекулы NADH начинают светиться раньше, что позволяет увидеть ишемию до того, как она привела орган к необратимым повреждениям. Таким образом мы расширяем критерии оценки и увеличиваем число пригодных к пересадке органов на исходе четырех часов, когда дорога практически каждая секунда»,— заключил Михаил Слотвицкий.
В итоге исследователи не только изучили модуляции физиологии сердца при гипоксии с помощью этой методики, но и удачно применили ее для тестирования кардиотоксичности, которая является второй по значимости причиной отмены лекарств во всем мире. Определили влияние кардиоплегических растворов «Нормакор» и «Кустодиол» на физиологию кардиомиоцитов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Была выявлена необратимая потеря возбудимости через четыре часа гипоксии в условиях ишемии, что способствует более точному определению состояния органов для пересадки.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Считается, что современная музыка стала простой и даже примитивной. Ученые из Италии математически проверили эту гипотезу и подтвердили, что даже самые сложные жанры со временем стали дрейфовать к простоте и повторам одних и тех же составляющих.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
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.
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.
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