Управление выращенными в лаборатории клетками сердца с помощью света
Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги разработали метод, позволяющий ускорять или замедлять работу человеческих клеток сердца, растущих в чашке Петри, по команде — просто освещая их и меняя интенсивность света. Клетки выращиваются на материале под названием графен, который преобразует свет в электричество, создавая более реалистичную среду, чем стандартные пластиковые или стеклянные лабораторные чашки.
Метод, описанный в выпуске журнала Science Advances от 18 мая, может быть использован для ряда исследовательских и клинических применений, включая: тестирование терапевтических препаратов в более биологически релевантных системах, разработку специфичных препаратов, которые более точны и имеют меньше системных эффектов, и создание лучших медицинских устройств, таких как светоконтролируемые кардиостимуляторы.
Как это работает?
- Клетки сердца были получены из донорских клеток кожи через промежуточный тип клеток — индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC).
- Эти клетки выращивались на поверхности графена.
- Графен — полуметалл из решётки атомов углерода, эффективно преобразующий свет в электричество.
- Изменяя интенсивность света, исследователи могли точно контролировать количество генерируемого графеном электричества, что напрямую влияло на частоту сокращений клеток сердца.
"Мы были удивлены степенью гибкости: графен позволяет задавать ритм клеткам буквально по желанию", — отметил первый автор Алекс Савченко. — "Хотите, чтобы они бились в два раза быстрее? Нет проблем — просто увеличьте интенсивность света".
Ключевые преимущества и открытия:
- Отсутствие токсичности: Введение графена не привело к гибели клеток, что даёт надежду на безопасность будущих медицинских применений.
- Контроль in vivo: Метод также позволил контролировать сердечную активность у живых организмов (эмбрионов рыбки данио) с помощью света и диспергированного графена.
- Более реалистичные условия: Клетки на графене ведут себя более естественно, чем на пластике или стекле, так как тело человека (сердце, мозг) является хорошим проводником электричества.
Потенциальные применения:
- Скрининг лекарств: Метод позволяет тестировать зависимые от состояния (use-dependent) препараты, которые активны только при определённых условиях. Например, препарат мексилетин (лекарство от аритмии) эффективно ингибировал клетки сердца на графене только при увеличении частоты их сокращений (имитация аритмии), чего нельзя увидеть в стандартных условиях на пластике.
- Разработка более точных лекарств: Поиск альтернатив опиоидам — обезболивающих, работающих только в месте и в момент боли, что снизит риск зависимости.
- Создание медицинских устройств: Разработка более безопасных и эффективных светоконтролируемых кардиостимуляторов на основе графена.
- Исследование рака: В будущем — поиск препаратов, избирательно убивающих раковые клетки, не затрагивая здоровые.
"С помощью этой графеновой системы можно за один день провести эксперименты, на которые в исследованиях на животных ушло бы полгода", — подчеркнул Савченко.