От последствий инфаркта могут спасти фотосинтезирующие бактерии
Кислородное голодание сердечной мышцы при инфаркте миокарда предотвратить с помощью бактерий, вырабатывающих кислород под действием света. Фотосинтетическая терапия – абсолютно новый и многообещающий подход к лечению ишемии миокарда, который может минимизировать последствия инфаркта
Традиционно кислородное голодание тканей пытаются устранить, усиливая к ним ток крови, например, вставляя в сосуды стенты или делая шунтирование. Но группа ученых из Стэнфордского университета (США) испробовала новый подход к доставке кислорода: они решили, что кислород можно не доставлять, а получить там, где он нужен, т.е. в сердце, например, с помощью фотосинтеза.
Фотосинтез – процесс превращения углекислого газа и воды в органические углеводороды с выделением кислорода под действием света. Фотосинтез осуществляют растения, некоторые бактерии и простейшие. Они поставляют в атмосферу кислород, которым мы дышим. Фотосинтез происходит с помощью зеленого пигмента хлорофилла в клеточных органеллах, называемых хлоропластами.
Бактерии S. elongatus (зеленый цвет) на кардиомиоците крысы (красный цвет); сканирующая электронная микроскопия*
Ученые пытались использовать для получения кислорода сами хлоропласты, выделенные из шпината и кормовой капусты. Однако органеллы оказались нестабильными и без клеток не работали.
Тогда в качестве фабрик кислорода были использованы фотосинтезирующие цианобактерий Synechococcus elongatus – они значительно меньше растительных клеток и при этом способны к фотосинтезу. Бактерии поместили в раствор с миоцитами крыс и установили, что под действием света они выделяют кислород, который, в свою очередь, эффективно используют миоциты.
На следующем этапе исследований культуру бактерий вводили непосредственно в миокард крысам. Животных разделили на три группы: одна получала бактерии, предварительно инкубированные на свету, вторая – содержавшиеся в темноте, третья группа была контрольной и бактерий не получала. Затем у всех животных вызывали искусственный инфаркт путем блокирования кровеносных сосудов. Когда участки миокарда начинали отмирать, сердца крыс из первой и третьей групп освещали ярким светом.
Читайте также: Восстановить сердечную мышцу помогут искусственные стволовые клетки
У крыс из первой группы цианобактерии, облучавшиеся светом, начинали выделять кислород, который эффективно использовали ткани сердца, уровень кислорода в миоцитах повышался в 25 раз, сердечная деятельность улучшалась. Крысы из первой группы имели лучшую выживаемость, их сердца лучше и мощнее сокращались по сравнению с контрольной группой, которую держали в темноте. После блокирования сосудов температура сердечных тканей у крыс падала, однако через двадцать минут после начала фотосинтеза нормализовывалась, что свидетельствовало об эффективном течении внутренних метаболических процессов.
Инфаркт миокарда, или сердечный приступ, – резкое нарушение кровоснабжения (острая ишемия) сердечной мышцы, которое приводит к отмиранию ее участков. Причиной ишемии могут стать тромбоз сосуда, артериальный спазм, атеросклероз и т.д. Часто последствия инфаркта необратимы и могут привести к смертельному исходу. Это одна из самых распространенных причин смерти на планете.
Спустя сутки после искусственного приступа уровень тропонина (биомаркера сердечных заболеваний) у крыс, получавших бактерии, облучавшиеся светом, существенно снижался. Эффект улучшения сердечной деятельности сохранялся у животных спустя четыре недели после начала эксперимента.
У крыс бактерии не вызывали иммунного ответа, однако не известно, как на введение бакетрий отреагирует иммунная система человека. При этом есть планы использовать специальные антитела для адресной доставки бактерий в миокард. В этом случае можно было бы избежать инъекций в миокард, а вводить бактерии в любой сосуд.
На следующем этапе ученые планируют испытать метод на крупных животных – свиньях, овцах.
Читайте также: У оптимистов сердце здоровее
* Jeffrey E. Cohen, Andrew B. Goldstone, Michael J. Paulsen, Yasuhiro Shudo, et al. (2017) An innovative biologic system for photon-powered myocardium in the ischemic heart // Science Advances, 14 Jun 2017: Vol. 3, no. 6, e1603078. DOI: 10.1126/sciadv.1603078
