Ученые из МФТИ раскрыли один из секретов необыкновенной живучести сердца

МОСКВА, 29 апр – РИА Новости. Сердечная ткань продолжает проводить электрические импульсы даже при достаточно сильных повреждениях или зарастании соединительной ткани благодаря тому, что ее электропроводные клетки способны к самоорганизации. Об этом пишут российские и бельгийские биологи в журнале PLOS Computational Biology.

«

"Мы заметили, что кардиомиоциты в образцах располагаются не случайным образом, а собираются в разветвленную проводящую сеть. Учет этого факта помог нам воспроизвести в компьютерной модели те результаты, которые мы получили в лабораторных экспериментах", — рассказывает Константин Агладзе, профессор МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Сердце человека и животных — уникальный орган, чьи клетки могут одновременно спонтанно вырабатывать электрические импульсы и сокращаться, не требуя для этого постоянного потока "команд" из спинного или головного мозга. Импульсы тока вырабатывают так называемые "клетки-водители", а кардиомиоциты, мускульные клетки, используют их для воспроизведения сокращений и расслабления в нужные моменты времени.

Агладзе и его коллеги уже несколько лет изучают нарушения, возникающие в работе сердца из-за сбоев в работе этих клеток и контактов между ними, что, как надеются ученые, в конечном итоге поможет медикам предсказывать наступление аритмии и других проблем с работой сердечной мышцы и предотвращать их.

Недавно его команда создала своеобразное "сердце Франкенштейна", заставив клетки сердечной ткани, извлеченные из тела двух разных видов животных, соединиться и биться в унисон. Позже российские ученые создали особую культуру клеток, своеобразное "сердце в пробирке", позволяющее быстро оценивать безопасность лекарств и изучать сбои в его работе.

Агладзе и его коллеги использовали эту технологию, а также различные компьютерные модели сердца, для раскрытия одной из главных загадок его работы – необыкновенно высокой "живучести" электрических сигналов внутри сердечной ткани.

Дело в том, что сердце состоит не только из кардиомиоцитов и клеток-водителей, но и различных компонентов соединительной ткани, играющих роль своеобразного "каркаса" и участвующих в починке мелких и крупных повреждений в его структуре. Когда первые тельца массово гибнут, их место занимают фибробласты, клетки этой ткани, в результате чего электрические свойства сердца меняются.

Теоретические расчеты, как отмечают российские и бельгийские ученые, показывали, что сердечная ткань должна была полностью терять способность проводить сигналы, если количество фибробластов в ней достигало отметки в 40%. Этого, однако, в реальности не происходит – электрические импульсы продолжают распространяться в ней даже тогда, когда доля клеток соединительной ткани достигает 65-75%.

Пытаясь понять, как это возможно, Агладзе и его команда вырастили несколько образцов сердечной ткани с разными количествами фибробластов, используя клетки новорожденной крысы, и проследили за распространением сигналов в них. Эти данные ученые использовали для уточнения работы компьютерных моделей сердца.

Как показали эти эксперименты, волны электричества могут распространяться даже в сильно поврежденной сердечной ткани благодаря тому, что ее проводящие клетки умеют менять свою форму и "вытягиваться" таким образом, что они соединяются с близлежащими соседями. Возникает своеобразная сеть, способная передавать электрические сигналы на большие расстояния.

Когда ученые реализовали эту идею в компьютерных моделях, точность их работы резко повысилась, и теперь их предсказания практически не расходились с результатами тех экспериментов, на базе которых они были построены.

Как надеются Агладзе и его коллеги, дальнейшее изучение этих структур поможет биологам и медикам понять, как возникает сердечная аритмия и как от нее можно избавиться, используя различные лекарства, стимулирующие работу этой сети или помогающие клеткам объединиться в нее.