Stimulateur génétique alimenté par la lumière 16.07.2015

Bien que les stimulateurs cardiaques sauvent de nombreuses vies - selon les statistiques, plus de 3 millions de personnes dans le monde portent de tels appareils - leur utilisation est associée à certains désagréments. Un stimulateur cardiaque, ou un stimulateur cardiaque artificiel, aide à rétablir la fréquence et la périodicité normales des contractions cardiaques - sinon, les troubles du rythme peuvent entraîner des conséquences assez graves pour tout l'organisme, jusqu'à la mort. Mais pour que le stimulateur cardiaque fonctionne, ses électrodes doivent être implantées dans le cœur, leurs fils doivent être connectés à un générateur d'impulsions implanté sous la peau.

Au fil du temps, les stimulateurs cardiaques sont devenus plus petits et il est devenu possible d'insérer des électrodes avec des fils dans le cœur à l'aide d'un cathéter simplement à travers les veines. Cependant, quelle que soit la taille du stimulateur et la finesse de ses fils, il doit toujours changer les piles, ce qui signifie une opération inévitable, même si elle est petite. De plus, les fils avec des électrodes qui atteignent le cœur peuvent s'user et doivent être changés de temps en temps. D'autre part, en raison de la nécessité de tirer les fils, nous ne pouvons pas placer le stimulateur où nous voulons et nous ne pouvons pas utiliser de nombreux points pour la stimulation. Le cœur lui-même n'« aime » pas toujours être stimulé par un appareil externe. Enfin, si nous parlons d'enfants, il ne leur est pas toujours possible de mettre un stimulateur cardiaque artificiel.

Udi Nussinovitch et Lior Gepstein du Technion Israel Institute of Technology ont mis au point une sorte de modèle de stimulateur cardiaque qui n'a ni fils, ni électrodes, ni piles, et qui fonctionne littéralement à la lumière. En fait, il n'y a aucun stimulant sous la forme d'un dispositif externe - les chercheurs ont introduit une modification optogénétique dans les cellules cardiaques, ce qui a permis de contrôler les contractions cardiaques. La signification générale des méthodes optogénétiques est qu'un gène de protéine photosensible est introduit dans la cellule - une telle protéine, intégrée dans la membrane cellulaire, ouvre des canaux ioniques dans la membrane en réponse à une impulsion lumineuse. Et comme on le sait, c'est la redistribution des ions de part et d'autre de la membrane qui crée une impulsion électrochimique. L'optogénétique a trouvé l'utilisation la plus large en neurobiologie : en introduisant une protéine sensible à la lumière dans un neurone, on peut arbitrairement, à l'aide de signaux lumineux, générer un signal dans une chaîne de neurones.

Mais après tout, le rythme cardiaque dépend également des impulsions électrochimiques (rappelons que, bien qu'il existe des fibres du système nerveux autonome dans le cœur, certaines cellules myocardiques spéciales peuvent elles-mêmes générer des signaux rythmiques, formant le soi-disant système de conduction du cœur) . Et rien n'empêche l'introduction d'un mécanisme optogénétique dans le cœur.

C'est exactement ce que les chercheurs ont fait : à l'aide d'un virus "domestiqué" spécial, ils ont introduit la protéine algale sensible à la lumière ChR2 (channelrhodopsin-2), qui réagit à la lumière bleue, dans les ventricules du cœur des rats. (Les algues vertes unicellulaires, comme Chlamydomonas, utilisent cette protéine pour trouver des endroits plus lumineux.) Les auteurs écrivent qu'ils pourraient régler la fréquence cardiaque des animaux avec des éclairs bleus. Le virus vous permet de fournir des protéines à diverses parties du muscle cardiaque, ce qui vous permet de contrôler le cœur avec une plus grande efficacité, car de nombreuses cellules de différents endroits répondent simultanément à un signal externe.

Pour « allumer » l'optoprotéine, aucune électrode n'est nécessaire : la lumière bleue de l'extérieur, bien qu'elle pénètre assez mal les tissus vivants, peut tout de même atteindre le cœur. Mais - seulement si nous parlons d'un rat. Chez un animal plus ou moins gros, sans parler d'une personne, le cœur est plus profond, vous devez donc ici réfléchir à la durée pendant laquelle une onde lumineuse peut l'atteindre et, par conséquent, à la protéine sensible à la lumière qui sera nécessaire. Les régions rouges et infrarouges du spectre pourraient convenir ici, et s'il s'agit d'expériences avec des primates, ce sont les longueurs d'onde qui seront utilisées.

Il convient de noter, cependant, qu'il existe d'autres approches pour la création d'un stimulateur cardiaque sans fil. Il y a environ un an, nous avons écrit sur le développement des employés de l'Université de Stanford qui proposaient de soutenir le travail du stimulateur cardiaque à l'aide d'un générateur d'ondes électromagnétiques situé juste à la surface du corps. Une autre idée appartient aux chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign : ils ont réussi à faire fonctionner le stimulateur cardiaque à partir du muscle cardiaque lui-même, grâce à l'énergie de ses contractions. Mais, bien sûr, l'approche optogénétique semble la plus radicale - il n'est pas du tout nécessaire d'implanter un dispositif dans le cœur.