Кардиомицитам продлили время
02.10.2020
Учёные Института
теоретической и экспериментальной биофизики РАН описали новый подход к
исследованию кардиомицитов, благодаря чему за кальциевыми процессами в клетках
можно наблюдать до нескольких часов. Ранее это время исчислялось минутами. Результаты
работы опубликованы в «Archivesof Biochemistryand Biophysics».
Исследования сердца не
всегда удобно проводить на целом органе, поэтому ученые часто «дробят» миокардиальную
ткань до отдельных клеток - кардиомиоцитов. С выделенными клетками, впрочем,
тоже не все гладко: они находятся в состоянии физиологического покоя, то есть
неактивны, что опять же затрудняет их изучение. Как узнать, какую скорость
может развить машина, если она стоит в гараже и не едет? Правильно, завести ее
и нажать на газ. С клетками та же история – их нужно стимулировать. В основном используют стимуляцию
электрическим полем. Однако у этого подхода есть существенный недостаток: даже
при стимуляции клеток в течение нескольких минут в цитозоле начинает
накапливаться избыточный уровень ионов Са2+. Эти ионы нужны для сокращения, но
их чрезмерное количество чревато запуском апоптоза - «самоубийства» клетки. Поэтому
исследования при помощи электрической стимуляции весьма ограничены временными
рамками.
Группа ученых из ИТЭБ РАН
обратила внимание на кардиомиоциты, в которых происходит спонтанное изменение
концентрации Са2+ в цитозоле: уровень ионов Са2+ в них резко возрастает, а
затем снижается до исходных значений. Те же процессы происходят и при
электрической стимуляции. Несмотря на то, что такие кардиомиоциты, генерирующие
спонтанные волны, известны достаточно давно, и их активно моделируют на
компьютере, оставался открытым вопрос о корректности их использования для
решения количественных физиологических задач.
«В этой работе мы предложили
оценивать спонтанные волны по кинетическим характеристикам (скорость нарастания
волны и скорость её спадения), и в случае если средневолновой уровень Са2+ от
волны к волне не меняется, использовать их для решения различных задач. Плюсы
такого подхода заключаются в том, что кальциевую динамику в клетках можно
смотреть гораздо дольше (до нескольких часов), ну и простота сбора данных тоже
как плюс. Не надо ничего дополнительно стимулировать», - поясняет один из
авторов исследования, ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН Юрий Моисеевич Кокоз.
Измерение динамики Са2+ в
цитозоле проводят с помощью специфических Са2+-связывающих флуоресцентных
красителей (зондов). Они нетоксичны для клеток, так что их спокойно можно
загрузить в кардиомиоцит и, в общем-то, всё готово. Затем с помощью
флуоресцентного или конфокального микроскопа, которые будут вызывать эмиссию
флуоресценции Са2+-зонда, можно в режиме онлайн регистрировать изменения уровня
Са2+. Используя новый подход к наблюдению за спонтанно-активными кардиомиоцитами,
ученые обнаружили, что стационарные спонтанные Са2+-волны в них действительно
могут быть использованы для адекватной оценки кальциевого транспорта в решении
как фундаментальных, так и прикладных задач, например, для фармакологического
скрининга потенциальных препаратов. Дополнительное время наблюдений при этом
может позволить исследовать медленные или отсроченные влияния биологически
активных соединений, чего нельзя сделать в случае электрической стимуляции
клеток, которая работает только с мгновенными эффектами.
Источник: Alexander V.Maltsev, Yury M.Kokoz. Cardiomyocytes
generating spontaneous Ca2+-transients as tools for precise estimation of
sarcoplasmic reticulum Ca2+ transport. Archives of Biochemistry and Biophysics.
V.693, 30 October 2020, 108542
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003986120305518
Материал подготовила: Наталья Быкова
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru