Контролируемое сокращение: Сердце бьется со скоростью света
Обычные водители сердечного ритма (они же пейсмейкеры, они же — электрокардиостимуляторы) позволяют корректировать его нерегулярность при различных заболеваниях. Работают они, подавая на клетки сердечной мышцы — кардиомиоциты — слабые периодические электрические разряды. Такие устройства появились еще в 1950-х, а уже в следующем десятилетии было обнаружено, что сокращение кардиомиоцитов может стимулироваться и воздействием лазера, хотя особого внимания ни тогда, ни долгое время после этот факт не привлек.
Лишь пару лет назад японские ученые обратились к нему и успешно показали, что с помощью лазера, работающего в ближнем ИК-диапазоне, можно задавать ритм сокращения группе кардиомиоцитов. Группе — но отнюдь не сердцу, как целостному органу. Эта работа привлекла американского исследователя Майкла Дженкинса (Michael Jenkins) и других работников лаборатории профессора Эндрю Роллинса (Andrew Rollins). Они заинтересовались возможностью заставить сердечную ткань сокращаться синхронно с подаваемыми лазерными импульсами. В качестве объекта им служили 2−3-дневные зародыши, извлеченные из перепелиных яиц и помещенные в искусственную среду для поддержания жизни.
На этой стадии сердца эмбрионов имеют не более 2 куб. мм в объеме — это еще не до конца оформившееся скопление клеток, работать с которым куда проще, чем с полностью развившимся органом. И задумка удалась: сердце зародыша под действием лазерных импульсов забилось синхронно с ними. Ученые смогли ускорить сердцебиение в 1,5 раза, от 2 до 3 сокращений в секунду, и снова замедлить по желанию.
Чтобы найти самый безопасный и эффективный вариант, ученые апробировали импульсы разной энергии. При 0,8 Дж/кв.см все было в порядке, но при достижении больших величин — а энергия повышалась вплоть до 4 Дж/кв.см — лазер уже приводил к повреждению клеток и всей сердечной ткани. Впрочем, и для значений, оказавшихся пока безопасными, вопрос не снят: потребуются дополнительные исследования, чтобы понять, не оказывает ли лазер каких-либо вредных долговременных воздействий.
Но своей радости ученые не скрывают. Майкл Дженкинс говорит: «Мы исследуем процессы, ведущие к врожденным порокам сердца, и как сердечные сокращения на ранних стадиях развития влияют на это. И мы получили неинвазивный инструмент для контроля за этими сокращениями».
И вообще работа ставит ряд крайне интересных вопросов. Если с электрическими импульсами все более-менее понятно, то как стимулирует кардиомиоциты свет пока не очень ясно. Возможно, определенную роль в этом играет вызываемое излучением локальное изменение температуры. Непонятно также, будет ли оно обладать тем же эффектом и для более крупных и сформировавшихся сердец взрослых организмов.
Если это так, то лазеры могут освоить и новую для себя нишу и найти новое применение в хирургии и медицине. Возможно, кардиостимуляторы будущего будут работать именно благодаря миниатюрным лазерам — а энергию им поставлять дыхание человека. О перспективах получения электричества из движений легких мы писали в заметке «Дыхание дает энергию».
По публикации ScienceNOW