Ученые 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 «Archives of Biochemistry and 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 ее 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.

На фото: ведущий научный сотрудник Лаборатории ...

На фото: ведущий научный сотрудник Лаборатории экспериментальной нейробиологии ИТЭБ РАН, к.ф-м.н Юрий Моисеевич Кокоз. Фото пресс-службы ИТЭБ РАН

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, все 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.

Материал подготовила: Наталья Быкова

Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru