Группа ученых из Московского физико-технического института под руководством профессора Константина Агладзе, совместно с бельгийскими коллегами, добилась впечатляющего научного результата. В своей работе, опубликованной на страницах авторитетного издания PLOS Computational Biology, исследователи подошли ближе к объяснению невероятной устойчивости сердца, даже при серьезных травмах и замещении кардиоткани соединительными клетками.
Новая жизнь сердца: секрет самоорганизации кардиомиоцитов
Сердечная ткань удивляет ученых своей способностью сохранять функциональность в условиях, когда часть клеток погибает, а их место занимают фибробласты, то есть клетки соединительной ткани. Казалось бы, такие изменения должны приводить к утрате электропроводимости, но на практике даже при значительном росте количества соединительных клеток сердце продолжает передаваться электрические импульсы, что и стало предметом пристального изучения научной команды Константина Агладзе из МФТИ.
Исследование показало, что электропроводящие клетки сердца вовсе не распределяются хаотично. Напротив, кардиомиоциты стремятся к созданию разветвленной сети, способной компенсировать даже значительные повреждения. “Мы заметили, что кардиомиоциты в исследованных образцах выстраиваются так, чтобы формировать сложную проводящую сеть. Благодаря этому открытию нам удалось воспроизвести лабораторные результаты на новых компьютерных моделях”, — отмечает профессор Агладзе.
Уникальные свойства сердечной ткани: кардиомиоциты и их роль
Сердце представляет собой уникальный орган, в клетках которого возникает естественная электрическая активность. Эта особенность позволяет органу обеспечивать устойчивые ритмичные сокращения, не нуждаясь в постоянных сигналах от центральной нервной системы. Роль «генераторов» электрических сигналов играют так называемые клетки-водители, а импульсы распространяются по сердцу благодаря мышечным клеткам — кардиомиоцитам.
Команда МФТИ не первый год изучает, каким образом нарушения в работе электропроводящих клеток и их связей приводят к сбоям сердечного ритма и другим кардиологическим патологиям. Эти знания призваны не только глубже понять физиологию органа, но и помочь докторам в своевременной диагностике и предотвращении опасных состояний.
“Сердце в пробирке” и новые возможности медицины
Одно из достижений научной группы — создание необычного объекта для наблюдений, своего рода «сердца Франкенштейна». Ученым удалось заставить клетки, полученные из сердечной ткани разных животных, работать синхронно и поддерживать сердечный ритм. На следующем этапе российские исследователи вывели особую клеточную культуру, называемую «сердцем в пробирке». Этот биотехнологический прорыв открыл путь для быстрой оценки влияния лекарств и детального изучения механизмов патологий в условиях, максимально приближенных к живому организму.
Раскрытие тайны: как сердце сохраняет электропроводимость
Изучая процессы регенерации и функционирования сердца, наука столкнулась с поразительным явлением: теоретически при доле фибробластов выше 40% сердечная ткань должна переставать проводить электрические сигналы. Однако на практике, как показали наблюдения и эксперименты, орган сохраняет способность проводить импульсы даже при содержании соединительной ткани в пределах 65-75%.
Для проверки этого феномена Константин Агладзе и его соратники вырастили образцы сердечной ткани с разным содержанием фибробластов, используя клетки новорожденных крыс. По мере исследования был зафиксирован удивительный эффект: электрические волны продолжали распространяться даже в весьма поврежденных структурах благодаря тому, что проводящие клетки “вытягиваются” и образуют контакты с окружающими, создавая сеть, способную поддерживать передачу сигналов на значительные расстояния.
Компьютерное моделирование и его значимость для науки
Основанные на лабораторных данных и новейших открытиях, компьютерные модели сердца, созданные командой Агладзе, стали максимально точными. После учета самоорганизации клеток и формирования разветвленных сетей предсказания моделей практически полностью совпали с результатами натурных экспериментов. Такой подход открывает широкие возможности для дальнейших исследований, тестирования лекарств и прогнозирования развития патологий сердца.
Вклад МФТИ и перспективы для клинической практики
Работа профессора Агладзе, опубликованная в журнале PLOS Computational Biology, задает новый вектор для будущего кардиологических исследований. Новые знания о природе устойчивости сердца и его способности к самоорганизации позволяют надеяться на появление лекарств, стимулирующих формирование защитных сетей из кардиомиоцитов и восстанавливающих нормальную электропроводимость даже после серьезных повреждений органа.
Ученые подчеркивают, что дальнейшая отработка новых методик и понимание принципов формирования защитной сети в ткани сердца поможет создать эффективные методы лечения и профилактики аритмий, расширит возможности восстановления сердца после инфарктов и других тяжелых заболеваний. Вклад специалистов МФТИ и бельгийских партнеров уже сейчас становится значимым шагом вперед как в фундаментальной биологии, так и в практической медицине.
Изображение: alfaolga/Фотобанк RU.123.RF
Источник: scientificrussia.ru
