Учёные из Московского физико-технического института и Института цитологии и генетики СО РАН создали тест, способный с высокой точностью определить, обладает ли лекарство побочным действием в виде тахиаритмии, наиболее опасного вида аритмии сердца, или нет. Результаты опубликованы в журнале Toxicological Sciences.
В норме биение сердца задаётся так называемым синусовым ритмом. Водитель ритма запускает волну в верхней части сердца. Она заставляет сокращаться сначала предсердие, затем желудочки, так сердце перекачивает кровь. Некоторые химические вещества могут привести к возникновению паразитного источника возбуждения, который будет запускать волну из другой точки сердца. Такие источники имеют тенденцию размножаться, что приводит к асинхронному сокращению сердечных волокон. Происходит фибрилляция, которая диагностируется как остановка сердца. На самом деле всё трепещет и работает на пределе, но кровь не качается. Поэтому медикаменты проверяются на аритмогенность. Изначально на клетках животных, затем идёт очередь тестирования на людях. Однако различия между животными клетками и человеческими слишком велики, поэтому клинические испытания могут открыть неожиданные побочные эффекты.
Учёные предложили систему, которая позволяет тестировать препараты на сердечных клетках человека — кардиомиоцитах. При этом строительным материалом лоскута сердечной ткани стали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) — это клетки, которые могут выполнять роль стволовых клеток, а получаются — путём генетических манипуляций — из обычных клеток организма. Достаточно взять за основу соскоб или около 10 миллилитров крови.
«Из ИПСК можно получить клетки любой ткани. Но мы производим сердечные, так как они важны для нашего теста. Его минимальная применимость — получение клеток здорового человека и использование их как материала для тестирования фармпрепаратов. А максимальная — составление паспорта чувствительности конкретного человека к разным лекарствам, в данном случае, для сердца. То есть в перспективе методика станет инструментом персонализированной медицины», — рассказал Константин Агладзе, один из авторов и заведующий лабораторией биофизики возбудимых систем МФТИ, в которой проводились исследования.
Полученные сердечные клетки выстилаются на подложку в двумерный слой. Так как они способны размножаться самостоятельно, учёным не сложно произвести достаточное для исследования количество в течение нескольких дней. Когда тестовый материал готов, в нём делается надрез и с помощью электрических импульсов запускается волна возбуждения. Когда она пытается обойти препятствие, возникает вращающаяся спиральная волна. Это и вызывает ускоренное биение сердца. Увидеть и зафиксировать весь процесс помогают флуоресценция и высокочувствительная скоростная видеокамера. Если добавление тестируемого вещества на сердечную ткань становится причиной возникновения множества спиральных волн, то это указывает на побочное действие в виде аритмии сердца.
Полученные результаты значительно увеличивают точность токсикологической экспертизы лекарств. К тому же полностью отпадает необходимость проведения подобных тестов на животных. Теперь учёные задумываются о способах усовершенствовать тест. Например, многослойный образец позволит делать высокопроизводительный скрининг и проверять сразу несколько десятков химических веществ одновременно. Однако такая методика требует дополнительных исследований.
