2023 Autor: Bailey Leapman | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-05-20 22:44
Mereseaga tehtud katsetes ühendasid Johns Hopkinsi teadlased kopsudest võetud ühiseid sidekoerakke südamelihase rakkudega, et luua ohutu ja tõhus bioloogiline südamestimulaator, mille rakud saavad ise tööle hakata ja lihase rütmilist lööki loomulikult reguleerida.
"See töö fibroblastidega võib sillutada teed implanteeritud elektrooniliste südamestimulaatorite alternatiivile," ütleb Eduardo Marbán, M. D., Ph. D., Hopkinsi ja selle südameinstituudi kardioloogiaprofessor ja juhataja."Selline "biostimulaator" on potentsiaalselt oluline valik patsientidele, kellel on liiga suur nakkusoht või kes on füüsiliselt liiga väikesed, et mehaanilisi südamestimulaatoreid kasutada."
Kaks komplekti pisikesi elektroaktiivseid "stimulaatorrakke" loovad südame normaalse rütmi, stimuleerides teisi rakke teatud järjestustes kokku tõmbuma. Potentsiaalselt surmaga lõppevad arütmiad tekivad siis, kui need stimulaatorirakud kahjustuvad või surevad, ja implanteeritud südamestimulaatorid on aastas päästnud hinnanguliselt 250 000 ameeriklase, kes neid taluvad.
Hopkinsi leiud, mida esitletakse 16. novembril Ameerika Südameassotsiatsiooni iga-aastasel teaduslikul istungil Dallases, on üks mitmetest lähenemisviisidest, mida teadlased biostimulaatorite väljatöötamiseks kasutavad. Hopkinsi kardioloogia teadur Hee Cheol Cho, Ph. D., teeb Hopkinsi lähenemisviisi silmapaistvaks asjaolu, et fibroblaste leidub kogu kehas, isegi nahas. "Nad vohavad hästi ja kasvavad kiiresti ning südamelihasega sulandudes moodustavad rakke, mis on väga stabiilsed. Seega tundub meie meetod seni kõige turvalisem ja mugavam," ütleb ta.
Muud biostimulaatorite tehnoloogiad, märgib Cho, kasutavad adenoviirusi geeniteraapia osana stimulatsioonigeenide südamesse kandmiseks või geeni- ja tüvirakuteraapia kombinatsioone, mis võivad põhjustada südamepõletikku või kontrollimatut rakkude kasvu, mis põhjustavad arütmiaid. selle asemel, et neid peatada.
"Tüvirakke on väga raske suunata moodustama täpselt selliseid rakke, nagu vaja, kuid fibroblastide puhul mitte," ütleb ta.
Meresea uuringutes ühendas Cho koos teiste Hopkinsi töötajatega eduk alt regulaarseid südamelihase rakke, millel ei olnud stimulatsioonivõimet, loomade kopsudest võetud fibroblastidega. Fibroblaste muudeti, lisades HCN1, kaaliumiioonikanaleid kodeeriva geeni ja teise geeni If, mis toodab elektrilises signaalimises osalevaid valke, mida nimetatakse südamestimulaatori kanaliteks. Sellised kanalid on valgustruktuurid, mis võimaldavad elektrilistel signaalidel, ioonidel, rakkudest sisse ja välja liikuda.
Kolme minuti jooksul pärast ühinemist ilmnesid rakkudel oma kaaliumiioonikanalite moodustumise tunnused ja nad hakkasid genereerima omaenda elektrivoolu, mis sarnaneb südame loomulike stimulatsioonirakkudega. Mõju püsis vähem alt kaks nädalat. Töörühm liitis ka südamelihase rakud kontrollfibroblastidega, mida ei olnud geneetiliselt muudetud, kuid südamestimulaatori aktiivsust ei tekkinud.
Hopkinsi biostimulaatori hilisem koeanalüüs näitas, et lihasrakud olid inkorporeerinud stimulatsioonigeeni oma tsütoplasmasse (materjali rakumembraanis, kuid väljaspool tuuma) ja olid võimelised genereerima elektrivoolu, muutes neid tõhus alt. stimulatsioonirakkudesse. Tõepoolest, If ekspresseeriti ainult biostimulaatori rakkudes, mitte ainult südamelihase rakkudes ega kontrollfibroblastidega liidetud südamelihase rakkudes.
Teises katses, kui geneetiliselt muundatud fibroblastid süstiti loomade südamesse – mida oli keemiliselt aeglustunud – ühinesid need südamelihasrakkudega ja neljakordistasid südame löögisagedust peaaegu poole normaalse tasemeni. Südame elektrilise aktiivsuse registreerimiseks tehtud testid näitasid, et südamestimulaatori kanali fibroblastid aitasid pärast südamelihasega ühinemist juhtida südamelööke, samas kui teiste merisigade südametesse süstitud kontrollfibroblastid ei näidanud elektrilise aktiivsuse suurenemist.
"Nende loomade südamelöögid olid välja lülitatud, kuid biostimulaatorid võtsid võimust," ütleb Cho. Need rakud neljakordistasid loomade südame löögisagedust, ühelt löögilt iga kahe sekundi järel kahe löögini sekundis. "See näitab, et liitelemendid võivad spontaanselt süttida, mis on stimulatsioonielementide tunnus."
Kuigi elektroonilised südamestimulaatorid töötavad, on neil piirangud, märgib Cho. Seadme akut tuleb perioodiliselt vahetada, rindkeresse tuleb implanteerida püsiv kateetri toru, mis võimaldab juurdepääsu südamestimulaatorile, ja südamesse tuleb paigaldada elektrivoolu kandvad dioodid, mis tekitavad nakkusohtu.
Teises katses, mida juhtis Hopkinsi kardioloogiauurija Yuji Kashiwakura, Ph. D., näitas Hopkinsi meeskond, et alternatiivset kaaliumiiooni kanalit lihasrakkudes saab muuta stimulatsiooni ioonikanaliks, varumehhanismiks, mis võib kaitsta südant biostimulaatori äratõukereaktsiooni vallandamise eest.
Uuringut, mille lõpuleviimiseks kulus üks aasta, toetasid Donald W. Reynoldsi fond ja Heart Rhythm Society.
