Революционные сердца: пять лучших достижений кардиологии

На молекулярном уровне

Ученые из Токийского университета и специалисты научной группы компании Fujitsu представили на днях симулятор бьющегося человеческого сердца. Используя мощнейший японский суперкомпьютер "К", они на молекулярном уровне воспроизвели модели действия внутриклеточных "двигателей", которые приводят в действие сердца всех живых существ. Эта модель будет использоваться для высокоточных исследований и в клинической практике - для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.

Основная задача разработки - проанализировать работу сердца в мельчайших деталях, чтобы определить, в каких случаях в его работе возникают сбои. Исследуются давление, оказываемое кровью на стенки сосудов, сердечная мембрана, мышца и клапаны. 

В ближайшее время ученые проанализируют также молекулярные мутации, которые приводят к возникновению различных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Совместив данные, полученные при помощи математической модели, с имеющимися результатами теоретических и клинических исследований, медики получат мощнейший инструмент, при помощи которого можно будет выбрать наилучший вариант лечения индивидуально для каждого пациента.

Ген для водителя

Кардиологи из Cedars-Sinai Heart Institute в Лос-Анджелесе разработали минимально инвазивную процедуру по пересадке гена, который превращает неспециализированные клетки сердца в клетки водителя сердечного ритма. Результаты исследования опубликованы в журнале ScienceTranslationalMedicine.

В здоровом сердце в участке сердечной мышцы, называемом синусно-предсердным узлом, генерируются импульсы, которые задают частоту сердечных сокращений. Люди с серьезными нарушениями сердечного ритма вынуждены использовать электрокардиостимулятор (ЭКС, или искусственный водитель сердца), имплантируемый под кожу пациента. Хотя устройство и поддерживает нормальную частоту сокращений сердца, оно имеет свои ограничения.

Ученые из Cedars-Sinai Heart Institute разработали биологический кардиостимулятор с помощью внедрения в сердечные клетки гена T-box 18, отвечающего за ранний этап развития организма и, в частности, за превращение клеток сердца в клетки водителя сердечного ритма. Как показали результаты исследования, уже через день эти клетки начали выполнять функции водителя ритма, и частота сердечных сокращений стала нормальной. Длительность всего эксперимента составила две недели.

Как ожидают ученые, если дальнейшие испытания пройдут успешно, такая процедура может быть внедрена в медицинскую практику через несколько лет.

"Космическая" терапия

В сентябре в университетской клинике Нанта было пересажено второму пациенту искусственное сердце, созданное французской биомедицинской компанией Carmat. Это биомеханический аналог живого сердца, призванный максимально полноценно заменить этот орган на напять лет, которые могут потребоваться пациенту в ожидании трансплантации донорского сердца.

Среди преимуществ сердца Carmat перед существующими аналогами - легкий вес (всего 900 граммов в сравнении с 6,1 килограмма, которое весит одобренное для применения в США, Канаде и Европе искусственное сердце производства SynCardia Systems), а также высокая биосовместимость с тканями и органами человека. Риск отторжения снижается благодаря применению современных синтетических и биоматериалов. В частности, все поверхности клапанов, непосредственно контактирующие с кровью, изготовлены из микропористого биоматериала, полученного из сердечной мышцы коров. Это позволяет предотвратить риск образования тромбов - одну из основных проблем, возникающих при использовании имплантируемых устройств - и, соответственно, снизить пациентам дозу антикоагулянтов.

Встроенные сенсоры регулируют интенсивность работы устройства в зависимости от физической нагрузки пациента и передают данные на больничные компьютеры, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг состояния уже выписанного домой больного. Питание искусственного сердца осуществляется за счет обеспечивающих 12-часовую работу литиевых батареек, пояс из которых пациент носит на теле. Разработчики утверждают, что их детище, наполовину состоящее из новейших высокотехнологичных биоматериалов, а наполовину - из компонентов, обычно используемых при создании космических аппаратов, представляет собой последнее слово в сфере биомедицины. Создатель устройства, кардиохирург Ален Карпентье создал компанию Carmat как дочернее предприятие Европейского аэрокосмического и оборонного концерна (EADS) Astrium, что обеспечило ему доступ к космическим технологиям. Рассчитано сердце Carmat на 230 миллионов сокращений и не менее пяти лет бесперебойной службы, позволяющей пациенту вести нормальный образ жизни. В 2015 году Carmat планирует вывести свою разработку на европейский рынок.

Чехол для сердца

Специалисты из Университета Иллинойса совместно с учеными из Вашингтонского университета изобрели имплантат, который позволит эффективно лечить сердечные заболевания. С помощью МРТ и КТ сканирования они создали 3D-модель сердца пациента и на ее основе изготовили особую электродную сеть - мембрану, которая оборачивается вокруг живого сердца и с помощью вмонтированных в нее электродов автоматически регистрирует аритмию. В случае необходимости имплантат посылает корректирующие электрические импульсы и может спасти жизнь даже в случае остановки сердца. Результаты работы описаны в журнале Science.

Разработка существенно превосходит все существующие кардиостимуляторы. Благодаря новейшим материалам сердечная мембрана получилась сверхтонкой, она идеально садится на сердце благодаря методу сканирования, применявшемуся в ходе создания ее каркаса. Более 30 электродов в разных областях сердца собирают максимально полную информации о деятельности органа и позволяют осуществлять тонкое вмешательство в его работу. Сеть электродов можно соединить со смартфоном - так врачи будут следить за состоянием здоровья в режиме реального времени. А в случае остановки сердца электродная сеть мгновенно отправляет в него стимулирующие электроимпульсы.

Клеточные трансформации

Биологам из университета Питтсбурга впервые удалось вырастить искусственное сердце из перепрограммированных стволовых клеток человека. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Nature.

В качестве каркаса для будущего органа ученые использовали сердце мыши. Главной задачей в 

Сердце мыши, которое должно послужило формой для нового органа, обработали комбинацией химикатов, которые уничтожили клетки и оставили соединявший их каркас. Затем он был заполнен MCP- клетками и специальными препаратами, регулирующими их рост. За неделю большая часть этих клеток проникла внутрь каркаса и закрепилась в нем. Через 20 дней заготовка превратилась в полноценное сердце, пропускающее через себя кровь и сокращающееся 40-50 раз в минуту. Орган был успешно пересажен грызунам. Сейчас ученые выясняют, можно ли аналогичную методику использовать на человеке.