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.
Культура кардиомиоцитов / © Айгуль Низамиева, пресс-служба МФТИ
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.
