Исследователи медицинского факультета Рэдклиффа Оксфордского университета разработали новый метод, в котором используется белок, изначально обнаруженный в морских кораллах, для визуализации потока кальция, который заставляет сердце биться.
В статье, опубликованной в журнале Circulation Research, они использовали этот метод, чтобы выявить последствия генетических ошибок, которые способствуют сердечному заболеванию, которое является основным убийцей здоровых людей в возрасте от 20 до 40 лет в Великобритании.
В течение своей жизни сердце сжимается миллионы раз, перекачивая кровь по телу. Заряженные частицы кальция контролируют, насколько сильно и как часто сокращается сердце. Но не было прямого способа отследить приливы и отливы кальция к волокнам, которые реагируют на кальций, чтобы заставить сердце биться.
Итак, доктор. Мэтью Дэниелс и его коллеги разработали новый метод отслеживания содержания кальция в сердце без изменения общей активности сердечной клетки. Коллеги команды в Альберте, Канада, и Осаке, Япония, ранее извлекли белок из морских кораллов Discosoma и настроили его, чтобы он светился красным в присутствии кальция. Итак, исследователи генетически модифицировали аденовирус, чтобы вставить этот белок в волокна сердечной мышцы, взятые у морских свинок.
Доктор. Дэниэлс, консультант по лечению пациентов с сердечными заболеваниями, а также исследователь медицинского факультета Рэдклиффа Оксфордского университета, сказал: "Сложнее было найти способ узнать, как кальций работает в очень сложной машине, в которой, как и в двигателе вашего автомобиля, не так много места под капотом.
"Но оказывается, что рядом с белком, который мы измеряем, есть достаточно большой разрыв, когда пациент приходит с подозрением на сердечный приступ. Мы можем получить безвредный вирус для производства этого белка с добавлением расширения, которое светится красным, когда поблизости находится кальций."
Затем команда использовала специальные камеры для отслеживания приливов и отливов красного свечения, которое сигнализировало о действии кальция, заставляющего сокращаться живые мышечные волокна.
Исследователи также повторили эксперимент с волокнами сердечной мышцы, которые были изменены, чтобы иметь генетические ошибки, которые приводят к сердечному заболеванию, известному как гипертрофическая кардиомиопатия, когда сердечные мышцы становятся ненормально утолщенными, что делает каждое сердцебиение более жестким. В настоящее время не существует лечения изменений, вызывающих это состояние.
Нормальные волокна сердечной мышцы сокращаются по мере накопления кальция и достигают пика, но исследовательская группа обнаружила, что сердечные волокна с мутациями гипертрофической кардиомиопатии удерживают больше кальция, намного дольше, чем обычно. Это объясняет, почему клетки пациентов с гипертрофической кардиомиопатией сжигают запасы энергии клеток намного быстрее, поскольку они не выключаются эффективно.
Доктор. Дэниелс сказал: "Наша методика показала, что гипертрофическая кардиомиопатия работает совсем не так, как мы думали ранее.
"Это связано с тем, что наш метод действительно позволяет нам сосредоточиться на фактическом участке сокращения мышечных волокон, избегая сигналов от других частей клетки. Это немного похоже на прослушивание двигателя вашего автомобиля, сидя внутри с включенным радио, а не на то, чтобы слушать только двигатель, когда топливо воспламеняется, чтобы привести ваш автомобиль в действие."
Теперь команда планирует использовать эти инструменты для изучения большего количества примеров гипертрофической кардиомиопатии, которая может быть вызвана множеством различных типов генетических изменений. Если эти результаты применимы более широко, то можно использовать эти инструменты для выявления и тестирования новых методов лечения в клетках в лаборатории.
"Поскольку мы нашли место в машинном отделении сердца, мы сможем использовать множество различных подходов для понимания фундаментальных проблем, таких как, в первую очередь, как устроено сердце. Мы также сможем выяснить, как обстоят дела с сердечными заболеваниями, что поможет нам найти новые и лучшие методы лечения."
Полная статья, "Измерение динамики кальция в миофиламентах во взрослых кардиомиоцитах и влияние мутаций гипертрофической кардиомиопатии," опубликовано в Circulation Research.