Фотоуправляемый тканеинженерный биологический кардиостимулятор: доказательство концепции на ex vivo модели сердца крысы

Актуальность. Нарушения сердечного ритма, включая дисфункцию синусового узла и атриовентрикулярную блокаду, остаются серьезной проблемой современной кардиологии. Традиционные электрокардиостимуляторы, несмотря на эффективность, характеризуются рядом ограничений – инвазивностью, риском инфекций, механических осложнений и ограниченным сроком службы. Развитие биоинженерных и оптогенетических технологий открывает новые перспективы в создании малоинвазивных, биосовместимых и управляемых систем стимуляции сердца. Сочетание клеточной терапии и оптогенетики позволяет создать фотоуправляемый извне биологический пейсмейкер, лишенный ключевых недостатков традиционных устройств. Цель. Получение фоточувствительных клеточных патчей и дальнейшее изучение их функциональности в качестве фотоуправляемого тканеинженерного биологического пейсмейкера на модели сердца крысы ex vivo. Методы. Нами создан клеточно-инженерный конструкт: кардиомиоциты человека (полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток) или кардиомиоциты крысы в неонатальном периоде развития, экспрессирующие канальный родопсин-2, нанесенные на волокна из биосовместимой поли-L-молочной кислоты с коллагеном, покрытые белком фибронектином. Моделью для тестирования служило изолированное сердце крысы с поддержанием его временной жизнеспособности ex vivo. Для регистрации активности использовали оптическое картирование кальциевой активности. Результаты. Через 35 мин после имплантации патча зафиксировано установление функционального контакта с миокардом. Фотостимуляция вызывала устойчивое повышение частоты сердечных сокращений, подтвержденное анализом стохастического доминирования. Эксперименты in vitro на клеточной культуре доказали работоспособность канального родопсина-2 при освещении светом с длиной волны 470 нм. Заключение. Исследование успешно демонстрирует работоспособность полного цикла технологии – от генетической модификации клеток до управления сокращениями целого органа. Это значительный шаг в развитии адресных и безопасных методов временной кардиостимуляции будущего. Полученные результаты подтверждают принципиальную реализуемость гибридного фотоуправляемого подхода и закладывают основу для дальнейших исследований по разработке безопасных, управляемых и биосовместимых систем кардиостимуляции нового поколения.