Czujnik molekularny pokazuje czynności elektryczne serca.

W ostatnich dziesięciu latach  laboratoryjnie udało się wytworzyć tak zwane pluripotencjalne komórki macierzyste. Komórki te pochodzą z na przykład leukocytów i mogą być w nieskończoność powielane w laboratorium i przekształcane w komórki dowolnego typu. Umożliwiło to wykorzystanie komórek sercowych wytworzonych w ten sposób w badaniu na przykład arytmii serca. W tym przypadku badania na zwierzętach mają ograniczone zastosowanie, a próbek tkanki nie można łatwo pobrać z serca pacjenta. Hodowane komórki sercowe dają jednak możliwość badania takich chorób w „miniaturowej” skali.

– Nasze badania rozwiązują kilka problemów, które utrudniały pracę z takimi modelami komórek – twierdzi Daniel Sinnecker, kardiolog w Klinikum rechts der Isar na TUM. Komórki wytworzone w laboratorium  nadal stwarzają problem, jak najlepiej mierzyć czynności elektryczne. W przeszłości najczęściej stosowano mikroelektrody bezpośrednio ustalające sygnały elektryczne komórek. Procedura ta jest jednak dość uciążliwa i można ją stosować na niewielkiej liczbie komórek.

Różnice pomiędzy typami komórek 

Poza tym, nie wszystkie komórki sercowe są podobne. Wszystkie komórki sercowe potrafią si kurczyć we własnym cyklicznym rytmie i przesyłać sygnały elektryczne do sąsiednich komórek. Jednak komórki tworzące różne części serca takie jak przedsionki, komory czy węzeł zatokowo-przedsionkowy, który nadaje sercu rytm bicia, różnią się znacznie, np. potencjałem czynnościowym, czyli różnicą potencjałów elektrycznych pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną stroną komórek. Potencjały wytwarzają sygnały elektryczne sterujące procesem skurczu serca.

Różnica te staje się istotna przy badaniu arytmii powodowanej niewłaściwym działaniem pewnych obszarów mięśnia sercowego. Wytwarzając komórki sercowe z komórek macierzystych, naukowcy dzisiaj posiadają niewystarczające sposoby wpływania na to, czy komórki te staną się komórkami komory serca, przedsionkowymi czy węzłowymi. W celu badania konkretnego zaburzenia naukowcy muszą skrupulatnie identyfikować każdy typ komórki.

Czujniki biologiczne zamiast mikroelektrod 

Daniel Sinnecker i jego zespół opisali możliwe rozwiązanie obu problemów w artykule opublikowanym w European Heart Journal. Zamiast dołączać do komórek mikroelektrody zastosowali czujniki biologiczne. Zbudowane są one z fluorescencyjnych, tzn. świecących, białek pochodzących z głębokomorskiej meduzy. DNA zawierające „plany budowy” tych czujników jest wprowadzane do komórek serca, które następnie wytwarzają białka czujnika. Kiedy zmodyfikowane komórki sercowe zostaną pobudzone światłem o pewnej długości fali wytwarzają światło o innej długości fali. Konkretna barwa powracającego światła zależy od różnicy potencjałów elektrycznych pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną stroną komórek. W ten sposób za pomocą specjalnej kamery można zmierzyć i zarejestrować potencjał czynnościowy.

Charakterystyczną cechą nowej metody jest to, że wprowadzane DNA można łączyć w konkretne sekwencje rozpoznawania, tzw. promotory. Zapewniają one, że białka czujnika wytwarzane są tylko w konkretnych typach komórek sercowych.  W ten sposób możliwe jest wychwycenie w zależności od potrzeb tylko sygnałów elektrycznych z komórek przedsionkowych, komórek komory serca czy komórek węzłowych.

Nowe możliwości badania leków

W przeciwieństwie do kłopotliwej techniki z mikroelektrodami, ta metoda działa znacznie lepiej. – W jeden dzień jesteśmy w stanie zbadać setki komórek, a nie tylko kilka – twierdzi Zhfen Chen, pierwszy autor badania.  – Proces ten można będzie zautomatyzować i zwiększyć jego skalę, aby jednocześnie badać tysiące komórek.

– W przyszłości będziemy mogli korzystać z tej metody nie tylko w laboratorium w celu badania chorób – mówi Daniel Sinnecker. – Fakt, że jesteśmy w stanie badać dużą liczbę komórek oznacza, że metodę można zastosować również do badania leków, na przykład do sprawdzenia, czy dany lek ma negatywny wpływ na mięsień sercowy. Daniel Sinnecker i zespół pracują nad zwiększeniem czułości swojej metody.

Źródło: http://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=44425.php

Drukuj PDF