Специалисты из России разработали уникальную систему, способную исследовать сердечную деятельность на уровне клеток. Эта технология дает возможность оперативно определить пригодность органа для пересадки, особенно когда нарушены рекомендованные временные рамки его транспортировки к реципиенту. Кроме того, аппарат позволяет тестировать разные терапевтические подходы на клеточных образцах пациента и подбирать наиболее действенное лечение. Инновация также найдет применение в тестировании новых сердечных препаратов. Как отмечают исследователи, собранная информация будет полезна как при плановых кардиохирургических вмешательствах, так и при трансплантациях.
Оценка состояния донорского сердцаИсследователи из МФТИ представили передовую систему для изучения функционирования сердечной ткани. Устройство одновременно отслеживает электрическую активность кардиомиоцитов и их метаболическое состояние. Разработка может применяться для проверки качества донорских органов перед пересадкой, а также для подбора персонализированной терапии. Для этого система анализирует реакцию конкретных клеток пациента на различные медикаменты, помогая выбрать лучший вариант лечения.
— Наша технология использует оптические методы для визуализации работы молекул в митохондриях сердечных клеток. Любые отклонения становятся заметны сразу. При подборе донора обычно проверяют генетическую совместимость. По стандартам, на транспортировку сердца отводится четыре часа, но часто этот срок нарушается. Наш метод помогает определить, сохранил ли орган свою функциональность, — пояснил ведущий автор проекта, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Михаил Слотвицкий.
Фото: пресс-служба МФТИ Автор исследования, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Михаил СлотвицкийКроме того, система позволяет преобразовывать стволовые клетки из крови пациента в кардиомиоциты, создавая миниатюрный участок сердечной ткани. На этом образце можно моделировать различные терапевтические схемы и выбирать оптимальную, добавил специалист.
Разработанный в МФТИ комплекс включает мощный микроскоп, высокоскоростную камеру и специализированное ПО. В основе технологии лежит метод двухпараметрического оптического картирования: с применением флуоресцентных маркеров аппарат фиксирует два критически важных параметра: электрическую активность кардиомиоцитов и их энергетический статус. Разрешение системы достигает 117 микрон, что позволяет детально изучать структуры размером в десятые доли миллиметра при скорости съемки 130 кадров/с. Этот интеллектуальный микроскоп демонстрирует, как сердечные клетки реагируют на гипоксию или медикаменты, что крайне важно для разработки новых лекарств и изучения патологий сердца.
— Наша технология впервые позволяет синхронно наблюдать за электрическими и метаболическими процессами в кардиомиоцитах. Это создает принципиально новые возможности для исследования сердечных патологий и тестирования препаратов, — подчеркнул Михаил Слотвицкий.
Методику проверили на специальных кардиоплегических растворах. Эксперименты показали, что перспективный нормотермический состав снижает электрическую активность клеток на 39% при кислородном голодании. В свою очередь, раствор Custodiol при ишемии может полностью блокировать работу кардиомиоцитов без возможности восстановления.
Как отмечают ученые, разработка может использоваться в доклинических исследованиях лекарств. В ближайшие три года планируется адаптировать метод для скрининга противораковых препаратов и изучения наследственных кардиопатологий.
Подготовка сердца к трансплантацииНовая технология помогает глубже понять механизмы, лежащие в основе электрофизиологии и патологий сердца. Она предлагает неинвазивный способ динамического мониторинга состояния кардиомиоцитов. Особую ценность представляет исследование воздействия распространенных растворов (Нормакор и Кустодиол), демонстрирующее как обратимые, так и необратимые изменения в возбудимости клеток. Эти данные имеют прямое значение для клинической практики при операциях и пересадках, пояснила «Известиям» доцент РУДН Полина Вишнякова.
— Результаты о долгосрочном влиянии на сердечные клетки подчеркивают важность тщательного подбора методов защиты миокарда. Исследование открывает перспективы для изучения кардиотоксичности и разработки более безопасных подходов к сохранению сердца при трансплантации, — отметила эксперт.
Как сообщил «Известиям» кардиохирург Юрий Островский, подобное устройство было бы крайне полезно при превышении сроков доставки донорских органов. По статистике, в 5-10% случаев возникает первичная недостаточность трансплантата.
Исследование проведено совместно с Университетом ИТМО при поддержке Российского научного фонда.