Máy tạo nhịp tim di truyền chạy bằng ánh sáng 16.07.2015

Mặc dù máy tạo nhịp tim đã cứu sống nhiều người - theo thống kê, hơn 3 triệu người trên thế giới mang những thiết bị như vậy - việc sử dụng chúng có thể gây ra những bất tiện nhất định. Máy tạo nhịp tim, hoặc máy tạo nhịp tim nhân tạo, giúp khôi phục tần suất bình thường và chu kỳ của các cơn co thắt tim - nếu không, rối loạn nhịp tim có thể dẫn đến hậu quả khá nghiêm trọng cho toàn bộ cơ thể, có thể dẫn đến tử vong. Nhưng để máy tạo nhịp tim hoạt động, các điện cực của nó phải được cấy vào tim, các dây dẫn từ chúng phải được kết nối với một máy phát xung, được cấy dưới da.

Theo thời gian, máy tạo nhịp tim trở nên nhỏ hơn và có thể đưa các điện cực có dây vào tim bằng ống thông đơn giản qua các tĩnh mạch. Tuy nhiên, máy kích thích dù nhỏ đến đâu và dù dây mỏng đến đâu thì vẫn phải thay pin, đồng nghĩa với việc không thể tránh khỏi hoạt động, dù là nhỏ. Ngoài ra, các dây có điện cực chạm đến tim có thể bị mòn và cần được thay đổi theo thời gian. Mặt khác, do phải kéo dây nên chúng ta không thể đặt máy kích thích vào bất cứ đâu mà mình muốn, cũng như không thể dùng nhiều điểm để kích thích. Bản thân trái tim không phải lúc nào cũng “thích” được kích thích bởi một thiết bị bên ngoài. Cuối cùng, nếu chúng ta đang nói về trẻ em, thì không phải lúc nào chúng cũng có thể đặt máy tạo nhịp tim nhân tạo.

Udi Nussinovitch và Lior Gepstein thuộc Viện Công nghệ Technion Israel đã đưa ra một loại mô hình máy điều hòa nhịp tim không có dây, không có điện cực, không có pin và hoạt động dưới ánh sáng theo đúng nghĩa đen. Trên thực tế, không có chất kích thích nào ở dạng thiết bị bên ngoài cả - các nhà nghiên cứu đã đưa vào tế bào tim một biến đổi gen quang học, giúp kiểm soát các cơn co thắt của tim. Ý nghĩa chung của các phương pháp quang di truyền là một gen protein cảm quang được đưa vào tế bào - một loại protein như vậy, sau khi tích hợp vào màng tế bào, sẽ mở ra các kênh ion trong màng để phản ứng với xung ánh sáng. Và như chúng ta đã biết, chính sự phân bố lại của các ion trên cả hai mặt của màng tạo ra một xung điện hóa. Di truyền học quang học đã phát hiện ra công dụng rộng rãi nhất trong sinh học thần kinh: bằng cách đưa một protein nhạy cảm với ánh sáng vào một tế bào thần kinh, chúng ta có thể tùy ý, sử dụng tín hiệu ánh sáng, tạo ra một tín hiệu trong một chuỗi tế bào thần kinh.

Nhưng suy cho cùng, nhịp tim cũng phụ thuộc vào các xung điện hóa (nhớ lại rằng, mặc dù có các sợi của hệ thần kinh tự chủ trong tim, nhưng một số tế bào cơ tim đặc biệt có thể tự tạo ra các tín hiệu nhịp điệu, tạo thành cái gọi là hệ thống dẫn truyền của tim) . Và không có gì ngăn cản sự ra đời của cơ chế di truyền quang trong tim.

Các nhà nghiên cứu đã làm được điều đó: với sự trợ giúp của một loại virus "thuần hóa" đặc biệt, họ đã đưa protein nhạy cảm với ánh sáng của tảo ChR2 (channelrhodopsin-2), phản ứng với ánh sáng xanh, vào tâm thất của tim chuột. (Các loài tảo lục đơn bào, như Chlamydomonas, sử dụng protein này để tìm những nơi sáng hơn.) Các tác giả viết rằng họ có thể điều chỉnh nhịp tim của động vật bằng đèn nháy màu xanh lam. Virus cho phép bạn cung cấp protein đến các phần khác nhau của cơ tim, vì vậy bạn có thể kiểm soát tim với hiệu quả cao hơn, bởi vì nhiều tế bào từ những nơi khác nhau phản ứng với tín hiệu bên ngoài cùng một lúc.

Để "bật" optoprotein, không cần điện cực: ánh sáng xanh từ bên ngoài, mặc dù nó xuyên qua các mô sống khá kém, vẫn có thể đến tim. Nhưng - chỉ khi chúng ta đang nói về một con chuột. Ở một loài động vật lớn hơn hoặc nhỏ hơn, chưa kể đến con người, trái tim nằm sâu hơn, vì vậy ở đây bạn cần nghĩ xem một sóng ánh sáng có thể tiếp cận nó trong bao lâu và theo đó, loại protein nhạy cảm với ánh sáng sẽ cần thiết. Các vùng màu đỏ và hồng ngoại của quang phổ có thể phù hợp ở đây, và nếu nói đến các thí nghiệm với động vật linh trưởng, đây là những bước sóng sẽ được sử dụng.

Tuy nhiên, điều đáng chú ý là có những cách tiếp cận khác để tạo ra máy tạo nhịp tim không dây. Khoảng một năm trước, chúng tôi đã viết về sự phát triển của các nhân viên Đại học Stanford, những người đã đề xuất hỗ trợ công việc của máy tạo nhịp tim bằng cách sử dụng máy phát sóng điện từ đặt ngay trên bề mặt cơ thể. Một ý tưởng khác thuộc về các nhà nghiên cứu từ Đại học Illinois tại Urbana-Champaign - họ có thể làm cho máy tạo nhịp tim hoạt động từ chính cơ tim, nhờ năng lượng của các cơn co thắt của nó. Tuy nhiên, tất nhiên, phương pháp quang di truyền có vẻ là triệt để nhất - không cần thiết phải cấy ghép bất kỳ thiết bị nào vào tim.