В МФТИ применили фотоконтроль для подавления волны аритмии

Результаты исследования in vitro опубликованы в журнале Chaos. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования России. Аритмия представляет собой спиральную волну. Наиболее часто используемые методы ее подавления — электрошок (дефибрилляция).

Однако существует значительная доля случаев, когда аритмия оказывается очень резистентной к этим методам. В поврежденной сердечной ткани возникает дополнительный электрический путь и тогда, чтобы устранить неблагоприятное распространение сердечной волны, обычно назначают операцию абляции — выжигают здоровые ткани таким образом, чтобы нарушить распространение спиральной волны, создать для неё препятствие, восстанавливая таким образом синусовый ритм сердца.

Сотрудники лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ рассмотрели возможность предотвращения хода волны в сердечных тканях не инвазивным способом, с помощью бромид азобензола триметиламмония (AzoTAB). Он под действием ультрафиолета меняет свое состояние, переходя в другую форму и за счет этого изменяет возбудимость контактирующей с ним ткани.

«В норме волна возбуждения в сердце должна распространятся ровным фронтом по ткани, а при нарушении может закрутиться в спираль. Эта спираль будет сбивать новые сердечные сокращения и в итоге сердце не сможет нормально сокращаться, – возникает аритмия. AzoTAB создает эффект юлы на столе, которая является аналогом спирали. Если стол наклонить, юла наклонится вместе с ним, и просто уедет со стола. Таким образом, исчезнет и спираль.

Наша работа показывает, что введя в кровоток аналогичное AzoTAB фотоконтролирующее вещество, воздействуя светом, можно менять свойства ткани. Можно сдвигать спираль аритмии в зависимости от того куда направлен ультрафиолет, и в конечном итоге избавиться от волны. При этом, в отличие от некоторых других способов борьбы с аритмией, мы не используем никаких инвазивных инструментов или аппаратов сердечного сканирования, а просто вводим вещество», — рассказал об исследовании Андрей Бережной, сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.

Ученые изучили дрейф спиральных волн сердечной ткани в культуре в зоне возбудимости, создаваемой AzoTAB. Эти вещества позволяют изменять проводимость сердечной ткани с минимальным воздействием, и таким образом контролировать аритмию. Конечно, AzoTab использовался как простой пример фотоконтролирующего вещества. Он токсичен и задачей лаборатории в том числе является дальнейшая разработка нетоксичных способов такого фотоконтроля.

«Разработка новых подходов к подавлению сердечных аритмий требует глубокого понимания динамики спиральных волн. В данной работе мы исследовали влияние смоделированного градиента возбудимости в культуре клеток сердца. Наши экспериментальные данные подтвердили смещение волны аритмии преимущественно в сторону меньшей возбудимости. Однако в ходе экспериментов мы наблюдали как сдвиги в сторону большей возбудимости, так и отсутствие сдвигов.

Чтобы объяснить этот эффект, мы воспроизвели эксперименты в компьютерной модели и она наглядно показала, что для объяснения механизма наблюдаемого дрейфа необходимо не только изменение коэффициентов возбудимости (ионных токов), но и коэффициента диффузии в среде. В результате мы экспериментально доказали возможность неинвазивного фотоконтроля аритмии с механистическим объяснением в компьютерных моделях», — подытожила Валерия Цвелая, заведующий лабораторией экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.  

ФизТех

460 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше