ScienceAlert: Αυτό το «λαμπερό λουλούδι» θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο μελετώνται και αντιμετωπίζονται οι καρδιακές αρρυθμίες

Το σταθερό τύμπανο ενός καρδιακού παλμού είναι κάτι που μπορεί εύκολα να σβήσει στο παρασκήνιο της καθημερινότητάς μας, με ελάχιστη σκέψη για την αξιοπιστία του παλμού του.

Αλλά για όσους αναπτύσσουν αρρυθμίες, η κατάσταση είναι πολύ πιο δύσκολη – οι καρδιακοί τους παλμοί ελέγχονται από σωτήριες συσκευές που ονομάζονται βηματοδότες, οι οποίοι παρέχουν ελεγχόμενα σοκ στην καρδιά για να σταματήσουν το φτερούγισμα και να επιστρέψουν στο φυσιολογικό. Του δίνει την ευκαιρία να βρει ρυθμός πάλι. .

Οι μελέτες της μεγάλης ποικιλίας τρόπων με τους οποίους η καρδιά μπορεί να σκοντάψει και να τραυλίζει τον δρόμο της σε ένα τρεμάμενο χάος χρησιμοποιούν συχνά μικρά ζώα ως μοντέλα. Όμως, παρά την άνεση και τα ηθικά τους πλεονεκτήματα, το μέγεθός τους μπορεί να δυσκολέψει την παρακολούθηση και την ανταπόκριση στις αλλαγές στις μικροσκοπικές καρδιές τους.

Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον βιοϊατρικό μηχανικό Philip Gottruff του Πανεπιστημίου της Αριζόνα ανέπτυξε μια εμφυτεύσιμη συσκευή που καθιστά πολύ εύκολη τη μελέτη της καρδιάς και των αιμοφόρων αγγείων σε μικρά ζώα. Ως μπόνους, θα μπορούσε μια μέρα να αποτελέσει τη βάση ενός εντελώς νέου τρόπου αντιμετώπισης των καρδιακών παθήσεων στους ανθρώπους.

Η συσκευή έχει σχεδιαστεί ώστε να είναι αρκετά ευέλικτη για μικρότερα υποκείμενα δοκιμής και να παρέχει καλύτερη ανάλυση για την παρακολούθηση της ηλεκτροφυσιολογίας της καρδιάς τους. Χρησιμοποιώντας φως αντί για ηλεκτρικά σήματα, εφαρμόζει πιο ήπιους κραδασμούς όταν ανιχνεύει μη φυσιολογικούς ρυθμούς.

Σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά σήματα των σημερινών βηματοδότη, που μπορεί να επηρεάσουν τις δυνατότητες καταγραφής και να αφήσουν τους γιατρούς με μια αποσπασματική εικόνα καρδιακών επεισοδίων, η χρήση φωτός για την τόνωση της καρδιάς σημαίνει ότι το σύστημα μπορεί να καταγράφει συνεχώς τα μοτίβα του καρδιακού παλμού — ακόμη και όταν απαιτείται απινίδωση.

«Οι τρέχοντες βηματοδότες βασικά καταγράφουν έναν απλό ουδό και σας λένε: «Αυτό οδηγεί σε αρρυθμία, τώρα σοκ!» εξηγεί ο Gottruff.

“Αλλά αυτή η συσκευή διαθέτει έναν ενσωματωμένο υπολογιστή που μπορείτε να βάλετε σε διαφορετικούς αλγόριθμους που σας επιτρέπουν να βαδίζετε με πιο περίπλοκο τρόπο. Είναι φτιαγμένο για έρευνα.”

Η συσκευή μέχρι στιγμής έχει δοκιμαστεί μόνο σε ποντίκια, αλλά οι ερευνητές την έχουν σχεδιάσει για να διεγείρει την καρδιά με μεγαλύτερη ακρίβεια και πιθανώς πιο οδυνηρά.

Λειτουργεί χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται οπτογενετική, σύμφωνα με την οποία διεγερτικά κύτταρα όπως τα κύτταρα της καρδιάς ή του εγκεφάλου μπορούν να ενεργοποιηθούν όταν χρειάζεται χρησιμοποιώντας φως. Σε αυτή την περίπτωση, καρδιομυοκύτταρα ποντικού (κύτταρα καρδιακού μυός) κατασκευάστηκαν γενετικά για να εκφράζουν μια πρωτεΐνη δεσμευμένη στη μεμβράνη ευαίσθητη στο μπλε φως. Ανάψτε το φως και οι κυψέλες αρχίζουν να λειτουργούν.

Η ομορφιά της συσκευής έγκειται στις μαλακές συστοιχίες λεπτού στρώματος που προεξέχουν σαν πέταλα λουλουδιών και καλύπτουν την καρδιά. Αυτή η άνετη εφαρμογή διαφέρει από το πώς οι τρέχοντες βηματοδότες συνδέονται με την καρδιά μέσω ενός ή δύο απαγωγών που εμφυτεύονται στο άκρο.

Τα άτομα που έχουν εμφυτευτεί βηματοδότη μπορεί να εμφανίσουν δυσφορία και κράμπες γύρω από το σημείο του εμφυτεύματος. Σε ορισμένες σπάνιες περιπτώσεις, μπορεί ακόμη και να αναπτυχθεί σύνδρομο σύνθετου περιφερειακού πόνου στο στήθος.

Η βηματοδότηση της καρδιάς μέσω ενός ή δύο σημείων επαφής καθιστά επίσης την καρδιακή απινίδωση λιγότερο από ιδανική.

«Όλα τα κύτταρα μέσα στην καρδιά, συμπεριλαμβανομένων των υποδοχέων του πόνου, σοκάρονται ταυτόχρονα, και αυτό είναι που κάνει τη βηματοδότηση ή την απινίδωση επώδυνη», εξηγεί ο Gottruff. «Επηρεάζει τον καρδιακό μυ γενικά».

Αντίθετα, με τη νέα συσκευή να ενεργοποιεί μόνο τα κύτταρα του καρδιακού μυός που προκαλούν συστολή και να παρακάμπτει τους υποδοχείς πόνου, οι ερευνητές ελπίζουν ότι θα μπορούσε να προσφέρει έναν ευκολότερο και πιο ακριβή τρόπο συγχρονισμού των ακανόνιστων καρδιακών παλμών.

“Ενώ αυτή τη στιγμή πρέπει να σοκάρουμε όλη την καρδιά για να το κάνουμε αυτό, αυτές οι νέες συσκευές μπορούν να στοχευθούν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια, καθιστώντας την απινίδωση πιο αποτελεσματική και λιγότερο επώδυνη”, λέει ο Igor Efimov, βιοϊατρικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο Northwestern.

Όπως εξηγεί η ομάδα στο έγγραφό της, η πρωτότυπη συσκευή εμφυτεύτηκε ακριβώς έξω από το στήθος του ποντικιού χρησιμοποιώντας ένα προσαρμοσμένο εφαρμοστή και ένα ράμμα και μοιράστηκε δεδομένα καρδιακού παλμού μέσω μιας υπέρυθρης σύνδεσης.

Οι ερευνητές ανέλυσαν αρχικά τη γεωμετρία και τη μηχανική της καρδιάς ενός ποντικιού που πάλλεται και χρησιμοποίησαν αυτές τις πληροφορίες για να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν με λέιζερ ένα εύκαμπτο πλέγμα με τέσσερις άκρες ώστε να μπορεί να κινείται με τον καρδιακό παλμό.

Μια συσκευή που μοιάζει με λουλούδι με μια εύκαμπτη σειρά από “πέταλα”, ανοιχτό μπλε (αριστερά) και συνδεδεμένη με μια καρδιά ποντικιού (δεξιά). (Ausra et al., πρόοδος της Επιστήμης2022)

Δοκιμάζοντας την ασύρματη συσκευή σε ποντίκια που κινούνται ελεύθερα, οι ερευνητές έδειξαν ότι η συσκευή θα μπορούσε να ανιχνεύσει μη φυσιολογικούς ρυθμούς και να διεγείρει ή να «πυροδοτήσει» την καρδιά με ακρίβεια χιλιοστού του δευτερολέπτου, χωρίς η θερμότητα των παλμών φωτός να καταστρέφει τον καρδιακό ιστό.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ακρίβεια της συσκευής στον εντοπισμό μη φυσιολογικών καρδιακών παλμών είναι συγκρίσιμη με τις ασύρματες συσκευές ελέγχου καρδιακού ρυθμού που διατίθενται στην αγορά.

Αν και τα ευρήματα από μελέτες σε ζώα όπως αυτό είναι πολλά υποσχόμενα, είναι ακόμη πολύ νωρίς για χρήση της οπτογενετικής σε ανθρώπους. Η τεχνική απαιτεί γονιδιακή θεραπεία (για την ευαισθητοποίηση των κυττάρων στο φως) καθώς και μια εμφυτεύσιμη ηλεκτρονική συσκευή για να τα διεγείρει με ελεγχόμενο τρόπο.

Ενώ η οπτογενετική έχει χρησιμοποιηθεί σε κλινικές δοκιμές για τη θεραπεία σπάνιων κληρονομικών οφθαλμικών παθήσεων, η χρήση αυτής της τεχνικής για την παρακολούθηση και πιθανή θεραπεία καρδιακών ανωμαλιών είναι μια αναδυόμενη προσέγγιση που απαιτεί πρώτα περαιτέρω έρευνα σε ζώα.

Υπάρχουν προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν, συμπεριλαμβανομένης της ασφαλούς και αποτελεσματικής παράδοσης των γενετικών οδηγιών που κωδικοποιούν φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες στα καρδιακά κύτταρα.

Ο Gottrov και οι συνεργάτες του σημειώνουν ότι χρειάζεται περισσότερη δουλειά για να μοντελοποιηθούν οι πολυπλοκότητες των διαταραχών του καρδιακού ρυθμού και να τελειοποιηθούν οι μέθοδοι αυτής της συγκεκριμένης συσκευής για τον εντοπισμό και τη διόρθωση διαφορετικών τύπων αρρυθμιών.

Προς το παρόν, λοιπόν, η συσκευή που μοιάζει με λουλούδι είναι μία από τις πολλές που προσφέρει ένα εξελιγμένο ερευνητικό εργαλείο για τη μελέτη των αρρυθμιών και άλλων καρδιακών προβλημάτων, τουλάχιστον σε ζωικά μοντέλα, όπως εμφανίζονται.

Αυτή η μελέτη δημοσιεύτηκε στο πρόοδος της Επιστήμης

Leave a Comment