Zdrowe serce

Jesteśmy zależni od fal elektrycznych, które regulują rytm naszego serca. Gdy te sygnały zostają zniekształcone, stanowi to potencjalnie śmiertelne zaburzenia rytmu serca. Teraz zespół naukowców z Oksfordu i Stony Brook znalazł sposób, aby precyzyjnie kontrolować te fale - za pomocą światła.

Obie komory serca i neurony w mózgu komunikują się w poprzez sygnały elektryczne, a informacje z podróży w ramach owej komunikacji  przenoszą się szybko z komórki do komórki jako "fale wzbudzenia". Co ciekawe, fale te występują również w wielu innych procesach w przyrodzie, w wyniku reakcji chemicznych w drożdżach i amebach.

Dla chorych na serce istnieją obecnie dwie opcje, aby zachować te fale w ryzach: urządzenia elektryczne (rozrusznik serca) lub leki (np beta-blokery). Jednakże, metody te są stosunkowo prymitywne: mogą zatrzymać lub uruchomić fale, ale nie mogą zapewnić doskonałej kontroli prędkości i kierunku fal. To jest tak, jakby uruchomić lub zatrzymać łódkę, ale bez możliwości jej kierowania.

Dr Gil Bub, z Oxford University wyjaśnił: "Gdy występuje blizna na sercu lub zwłóknienie, może to spowodować częściowe spowolnienie fali. To z kolei może spowodować re-uczestniczące fale, które spiralnie otaczają się wokół tkanki, powodując, że serce zaczyna bić zbyt szybko, co może być śmiertelnie groźne. Jeśli możemy kontrolować te spirale, możemy temu zapobiec”.

Optogenetyka wykorzystuje modyfikowane genetycznie zmiany komórek, tak, że mogą być aktywowane przez światło. Do tej pory, było to głównie wykorzystywane do uruchamiania poszczególnych komórek lub uruchomienia fal wzbudzenia w tkance.

Białko zwane channelrhodopsin zostało dostarczone do komórek serca z zastosowaniem technik terapii genowej, tak że mogą one być sterowane przez światło. Następnie przy użyciu sterowanego komputerowo projektora światła, zespół był w stanie sterować prędkością fal sercowych, ich kierunkiem, a nawet położeniem spirali w czasie rzeczywistym - ​​naukowcy są w stanie przeprowadzać eksperymenty na poziomie szczegółowości, wcześniej dostępnym tylko przy użyciu modeli komputerowych. Mogą teraz porównać modele na doświadczeniach z rzeczywistych komórek, co oznacza potencjalnie poprawę naszego zrozumienia, jak działa serce.

Poziom precyzji przypomina to, co można zrobić w modelu komputerowym, jednak tutaj było to robione w prawdziwych komórkach serca, w czasie rzeczywistym.

Precyzyjna kontrola kierunku, prędkości i kształtu takich fal wzbudzenia oznaczałaby bezprecedensową bezpośrednią kontrolę funkcji w samym sercu lub mózgu, bez konieczności skupiania się na manipulowanie każdą komórkę pojedynczo. Ta idealna terapia pozostaje w sferze science - fiction, aż do teraz.

Kwestią kluczową jest to, aby zmodyfikować serce, by było czułe  na światło oraz to, by światło dostawało się do pożądanych miejsc. Jednakże, dzięki terapii genowej i miniaturyzacji urządzeń optycznych jest to wykonalne.