Лазер как регулятор работы сердца

Один из использованных эмбрионов всего 53 часов от роду.

Биологи из Vanderbilt University и Case Western Reserve (США) разработали методику воздействия на ритм работы сердца с помощью лазера ИК-диапазона. Им впервые удалось продемонстрировать воздействие лазера на целый орган живого существа.

Обычные кардиостимуляторы воздействуют на мышечные клетки (сердечные миоциты), подавая электрические сигналы. В 1967 году, вскоре после появления электрокардиостимуляторов, учёные обнаружили, что падающее излучение может увеличивать частоту сокращения клеток, но развития этот опыт не получил. Первый интересный с практической точки зрения результат опубликовали два года назад японские специалисты, облучавшие скопления кардиомиоцитов 80-фемтосекундными импульсами лазера, работавшего на длине волны в 780 нм.

Авторы экспериментировали уже не с отдельными скоплениями клеток, а с крошечными сердцами зародышей перепела двух- и трёхдневного возраста. Объём сердца птиц на этой стадии развития составляет около 2 мм³. Подавая импульсы излучения на длине волны в 1,875 мкм с помощью оптоволокна, кончик которого находился в 500 мкм от эмбриона, исследователи варьировали частоту сердечных сокращений, увеличивая её до трёх ударов в секунду, а затем снижая до двух. Излучение создавало градиент температур, что приводило к изменению трансмембранного потенциала и устанавливало режим сокращений клеток.

13058.jpeg Рис. 1. Схема эксперимента. Эмбрион находится в чашке Петри под микроскопом. Лазерный доплеровский измеритель скорости измеряет ток крови. Лазерный импульс также активирует белый светодиод, необходимый для визуализации работы ИК-лазера.

При тестировании разных диапазонов энергии лазерного излучения было установлено, что значение в 0,8 Дж/см² можно считать вполне безопасным. Увеличение энергии в пять раз вызывало повреждение тканей.

В настоящее время биологи проводят опыты с тканями зрелого сердца, пытаясь выяснить, можно ли использовать лазер в качестве вживляемого кардиостимулятора или инструмента для поддержания ритма сердца во время хирургических операций. Кроме того, биологи надеются выяснить, можно ли будет при помощи нового «инструмента» определять врождённые патологии сердца.

pacemaker.jpg Рис. 2. Классический электрокардиостимулятор на рентгеновском снимке (иллюстрация Du Cane Medical Imaging Ltd / Science Photo Library).

Следует отметить, что выбор пал на 1,87-микрометровый лазер неслучайно, потому что вода частично поглощает такой свет, клетки нагреваются, но не «поджариваются». Учёные пока до конца не разобрались, но в своей статье в Nature Photonics делают предположение, что температурный градиент, созданный инфракрасным светом, каскадом меняет проницаемость ионных каналов, в результате образуется электрический импульс и мышцы сердца сокращаются.

Результаты исследований представлены в статье: M. W. Jenkins, A. R. Duke, S. Gu, Y. Doughman, H. J. Chiel, H. Fujioka, M. Watanabe, E. D. Jansen & A. M. Rollins Optical pacing of the embryonic heart. – Nature Photonics. – 2010. – doi:10.1038/nphoton.2010.166.

По материалам

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4 (2 votes)
Источник(и):

1. «Case Western Reserve University»: http://www.case.edu/

2. «compulenta.ru»: http://science.compulenta.ru/555184/

3. «membrana.ru»: http://www.membrana.ru/lenta/?…