Биологи из Стенфордского университета сумели уменьшить сердечную недостаточность у крыс с помощью фотосинтезирующих бактерий, введенных в сердце. При освещении такие бактерии производили кислород, и сердечная деятельность крыс с блокированными сердечными сосудами значительно улучшалась. Исследование опубликовано в Science Advances.
Сердечный приступ, или инфаркт миокарда, происходит вследствие некроза участка сердечной мышцы. Это, в свою очередь, случается из-за недостатка кровоснабжения, а именно — нехватки кислорода в этом участке. Вызывать инфаркт могут, например, тромбоз, артериальный спазм или перенапряжение сердца. Это одна из самых распространенных причин смерти на Земле наряду с онкологическими заболеваниями.
Чтобы наладить кровоток в сердце, помимо назначения лекарств, врачи делают операции, позволяющие освобождать «заблокированные» сосуды (они могут быть сужены, например, из-за холестериновых бляшек). При этом в сосуд вставляют расширяющие конструкции — стенты, или удаляют мешающие сгустки. Ученые решили взглянуть на лечение с другой стороны — кислород мог бы вырабатываться непосредственно в сердце, и оперативного вмешательства можно было бы избежать.
Вначале они пытались работать с растениями - шпинатом и кормовой капустой (распространенную в Америке в качестве символа и эталона здорового питания «kale»). Из них выделяли органеллы, ответственные за выработку кислорода — хлоропласты, и пытались использовать их в качестве отдельных функциональных единиц. Этот эксперимент, однако, не увенчался успехом, хлоропласты без клеток эффективно работать не могли. Тогда исследователи решили перейти к фотосинтезирующим бактериям.
Бактерии Synechococcus elongatus способны превращать углекислый газ в кислород под действием света, так, как это делают растения, при этом с точки зрения размеров и строения они сами представляют собой нечто вроде отдельных хлоропластов (считается, что хлоропласты когда-то давно были свободноживущими бактериями, а потом перешли на симбиотическое существование). Поселив их в чашку Петри рядом с сердечными клетками крысы, ученые убедились, что на свету бактерии выделяют кислород, который успешно используется их соседями. Бактерии способны были жить в физиологических условиях, необходимых сердечным клеткам, а тем, в свою очередь, не мешало, а помогало их присутствие.
После этого культуру этих бактерий вводили в сердце крысам. Некоторые сосуды этих крыс исскуственно блокировали, вызывая у крыс сердечный приступ. Когда участки миокарда начинали омертвевать, крыс освещали ярким светом. Бактерии начинали выделять кислород, который эффективно использовался окружающими тканями. Уровень кислорода в них повышался в 25 раз, и сердечная деятельность крыс улучшалась. Такие крысы дольше выживали, и их сердца лучше и мощнее сокращались по сравнению с контрольной выборкой, которую держали в темноте. После блокирования сосудов температура сердечных тканей всех крыс сначала падала, но у крыс с бактериальной культурой уже через двадцать минут она повышалась обратно, что свидетельствовало об эффективном течении внутренних метаболических процессов.
Эффект улучшения сердечной деятельности сохранялся даже спустя четыре недели после начала эксперимента. Отдельно ученые отмечают, что уже спустя сутки после искусственного приступа уровень тропонина (биомаркера сердечных заболеваний) у крыс, сердечные бактерии которых подвергались прямому освещению, существенно снижался.
Иммунная система крыс не отвергала бактерий, однако надо учитывать, что у людей этот процесс может стать препятствием подобной терапии. Положительным моментом является то, что иммунным ответом, наоборот, можно воспользоваться — и бактерии можно было бы вводить не непосредственно в сердце, а в любой сосуд. Для этого их надо снабдить соответствующими антителами, мишенью которых являются сердечные клетки. Другой проблемой является освещение — нужно «пробивать» светом грудную клетку человека, чтобы достичь нужного эффекта без хирургического вмешательства.
В случае успеха такая терапия могла бы помогать если не избегать сердечных приступов то, по крайней мере, отодвигать их, давая больше времени на лечение. Следующим этапом работы ученых будет генетическая модификация бактерий с целью повышения эффективности выработки ими кислорода, а также опыты с более крупными животными — овцами и свиньями.
А о том, как собираются применять для лечения последствий кислородной недостаточности галлюциноген ДМТ, можно почитать здесь.
Анна Казнадзей