Модификация ионных каналов в сердце (BioICD) — новые горизонты антиаритмической терапии

Доказано, что кардиомиоциты действительно способны генерировать достаточный электрический ток, основанный на естественных электрохимических градиентах, для биологической ауто-терминации как предсердной, так и желудочковой аритмии, включая фибрилляцию.
Группа ученых из России, Голландии и Бельгии разработала подтверждение концепции биологической самовосстанавливающейся системы, которая позволяет автоматически обнаруживать и исправлять аномальные ритмы возбуждения. Его реализация включает в себя интеграцию ионных каналов с недавно разработанными стробирующими свойствами в кардиомиоциты. Это позволяет сердечной ткани различать нормальный ритм и аритмию на основе частотно-зависимого стробирования и генерировать ионный ток для прекращения обнаруженной аритмии in silico, как для предсердной, так и для желудочковой аритмии у человека.
Биологически интегрированный сердечный дефибриллятор, или BioICD представляет собой ионный канал, в котором гейтинг настроен так, чтобы различать синусовый ритм и аритмию, и может быть реализован путем правильного выбора частотно-зависимой кинетики активации-инактивации.
Канал состоит из нескольких субъединиц, которые имеют два состояния: «открыто» и «закрыто».
Активация этих каналов путем изменения напряжения стенки кардиомиоцитов, что приводит к быстрому и многократному восстановлению нормального ритма возбуждения.
Таким образом, в любой данный момент времени число открытых субъединиц увеличивается с увеличением общего времени, проведенного кардиомиоцитом в надпороговом (деполяризованном) состоянии. Это гарантирует, что на низких частотах активации чередуются субъединицы между открытым и закрытым состояниями.
Ионный канал может производить ток, только если все его идентичные субъединицы находятся в открытом состоянии. Такая коллективная кинетика требуется, чтобы сделать амплитуду тока чувствительной к изменениям частоты активации.
Что касается настраиваемых стробирующих свойств ионного канала BioICD, авторы полагают, что среди параметров, характерных для тахиаритмии или фибрилляции, даже такой очевидный, как его частота, уже может служить основой для механизма обнаружения. Здесь обнаружение аритмии основывается на положительной обратной связи при увеличении частоты.
Удивительно сходство между функционированием этих ионных каналов на уровне органов и «самопроизвольным прекращением» аритмий. Однако в природе не все высокочастотные аритмии являются устойчивыми, значительная часть действительно прекращает свое существование , хотя механизмы, лежащие в основе такого самопроизвольного прекращения, все еще остаются предметом спекуляций.
Как следствие конструкции, эта конкретная модель BioICD позволяет обнаруживать и устранять относительно быстрые устойчивые ритмы, таким образом нацеливая на те аритмии, которые требуют вмешательства для острого завершения. Это означает, что относительно низкочастотные аритмии каналом BioICD не обнаруживаются и поэтому также не прекращаются. Примером может служить повторяющаяся волна, прикрепленная к анатомическому препятствию (например, рубцу) с большим периметром.
Введение ионного канала нового типа с особыми свойствами в сарколемму клеток сердечной мышцы возможно благодаря генетической модификации ( Nyns et al., 2016 ). Самовосстановление остро нарушенного сердечного ритма с помощью сконструированной биологической системы может дать уникальную возможность понять, как лечить аритмию, и может заложить основу для разработки совершенно инновационных вариантов лечения путем создания новой биологии для терапевтических целей.

Оригинальная публикация

Поделиться