Biologen zeigten einen optischen Stimulator des Herzens bei Fliegen

Biologen gelang es, einen optogenetischen Stimulator des Herzens zu schaffen, der Herzkontraktionen mit Laserpulsen beeinflusst. Die Beschreibung eines erfolgreichen Experiments an Drosophila-Fliegen erschien diese Woche in der Zeitschrift Science Advances.

Klassische Herzstimulanzien senden elektrische Impulse an die Zellen eines Organs. Unter dem Einfluss von Impulsen ziehen sich die Zellen zusammen und somit bleibt ein konstanter Rhythmus des Herzschlags erhalten. In diesem Experiment nutzten Wissenschaftler die Errungenschaften eines relativ neuen Wissenschaftsgebiets, der Optogenetik .

In der Optogenetik werden Zellen zur Stimulierung von Zellen (hauptsächlich Biologen, die sich mit Neuronen befassen) genetisch verändert, wodurch Zellen gezwungen werden, spezielle Proteine ​​zu produzieren - Ionenkanäle, die es Ionen ermöglichen, durch die Zellmembran zu wandern. Aufgrund des Vorhandenseins dieser Proteine ​​beginnen die Zellen auf Licht zu reagieren.

Zu Beginn der Entwicklung der Optogenetik mussten Versuchstiere Fasern in den Körper einführen, um die interessierende Region mit Lichtimpulsen zu versorgen. In diesem Jahr haben amerikanische Wissenschaftler drahtlose mikroskopische Implantate entwickelt, die mit einem Funkmodul und LED ausgestattet sind. Sie können durch externe Steuerung ein- und ausgeschaltet werden.

In unserem Experiment waren solche Tricks nicht erforderlich. Drosophila-Fliegen waren genetisch darauf vorbereitet, dass ihr Herz auf Licht reagiert, und die Stimulation wurde durch Laserpulse durchgeführt, die das Exoskelett am Bauch der Fliege durchdrangen. Im Verlauf des Experiments wurde festgestellt, dass, wenn Laserpulse mit einer Frequenz von 10 Hz angelegt wurden, Puffherzen in voller Übereinstimmung mit den gelieferten Pulsen schlugen.


In dem Video schlägt der Herzschlag sowohl unabhängig als auch unter dem Einfluss von Laserpulsen.

Chao Zhou [ von Chao von Zhou ], ein Assistenzprofessor für Bioingenieurwesen an der Universität von Lihayskogo, der die Arbeit leitete, sagt, dass optische Herzschrittmacher eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen haben. Beispielsweise muss kein optischer Stimulator implantiert werden. Es wirkt nur auf einen bestimmten Satz von Zellen, während Elektrizität das umgebende Gewebe beeinflussen kann.

Ähnliche Studien wurden bereits erfolgreich an anderen Lieblingskreaturen von Biologen durchgeführt - Zebrafischen und Mäusen. Bei Fischen war eine Exposition jedoch nur im Stadium des Embryos und bei Mäusen möglich, wenn die Brust geöffnet wurde. In diesem Fall wurde im Labor eine nicht-invasive Stimulation nachgewiesen.


Der amerikanische Forscher Seymour Benzer hält das Drosophila-Modell.

Da es bei Drosophila-Fliegen möglich ist, sie in allen Entwicklungsstadien zu beeinflussen, können Wissenschaftler interessante Hypothesen testen. Zum Beispiel kann durch Untersuchung speziell geschlüpfter Fliegen mit einer Veranlagung für Herzinfarkte festgestellt werden, ob die Stimulation des sich entwickelnden Embryos die Verbesserung der Herzschlagsituation bei erwachsenen Fliegen beeinflusst.

Natürlich wurde eine solche Technologie noch nicht für menschliche Experimente angepasst. Sie müssen den Stimulator entweder weiterhin chirurgisch implantieren oder ein System entwickeln, in dem Zellen auf Strahlung im nahen Infrarotbereich des Spektrums reagieren (der Gewebe durchdringen kann). Dazu muss zwar herausgefunden werden, wie diese Strahlung fokussiert werden kann, damit sie nicht im Gewebe gestreut wird. Aber Zhou ist sich sicher, dass nichts unmöglich ist.


Der weltweit erste implantierbare Schrittmacher von Siemens Elema.

Herzschrittmacher wurden erstmals in den 1950er Jahren eingesetzt. Der erste Prototyp befand sich außerhalb des Körpers und wurde über die Drähte mit Strom versorgt.

Source: https://habr.com/ru/post/de385175/