Marcapasso genético alimentado por luz 16.07.2015

Embora os marcapassos salvem muitas vidas - segundo as estatísticas, mais de 3 milhões de pessoas em todo o mundo carregam esses dispositivos - seu uso está associado a certos inconvenientes. Um marcapasso, ou marcapasso artificial, ajuda a restaurar a frequência e a periodicidade normais das contrações cardíacas - caso contrário, os distúrbios do ritmo podem levar a consequências bastante graves para todo o organismo, até a morte. Mas para que o marcapasso funcione, seus eletrodos devem ser implantados no coração, os fios deles devem ser conectados a um gerador de pulsos, que é implantado sob a pele.

Com o tempo, os marcapassos ficaram menores e tornou-se possível inserir eletrodos com fios no coração usando um cateter simplesmente pelas veias. No entanto, por menor que seja o estimulador e por mais finos que sejam seus fios, ele ainda precisa trocar as baterias, o que significa uma operação inevitável, ainda que pequena. Além disso, os fios com eletrodos que chegam ao coração podem se desgastar e precisam ser trocados de tempos em tempos. Por outro lado, devido à necessidade de puxar os fios, não podemos colocar o estimulador em qualquer lugar que queremos, e não podemos usar muitos pontos para estimulação. O próprio coração nem sempre "gosta" de ser estimulado por um aparelho externo. Finalmente, se estamos falando de crianças, nem sempre é possível colocar um marca-passo artificial.

Udi Nussinovitch e Lior Gepstein, do Technion Israel Institute of Technology, criaram uma espécie de modelo de marca-passo que não tem fios, eletrodos ou baterias, e que literalmente funciona na luz. Na verdade, não há nenhum estimulante na forma de um dispositivo externo - os pesquisadores introduziram uma modificação optogenética nas células do coração, o que possibilitou controlar as contrações do coração. O significado geral dos métodos optogenéticos é que um gene de proteína fotossensível é introduzido na célula - essa proteína, integrada à membrana celular, abre canais iônicos na membrana em resposta a um pulso de luz. E como sabemos, é a redistribuição de íons em ambos os lados da membrana que cria um impulso eletroquímico. A optogenética encontrou o uso mais amplo em neurobiologia: introduzindo uma proteína sensível à luz em um neurônio, podemos arbitrariamente, usando sinais de luz, gerar um sinal em uma cadeia de neurônios.

Mas, afinal, o ritmo cardíaco também depende de impulsos eletroquímicos (lembre-se de que, embora existam fibras do sistema nervoso autônomo no coração, algumas células miocárdicas especiais podem gerar sinais rítmicos, formando o chamado sistema de condução do coração) . E nada impede a introdução de um mecanismo optogenético no coração.

Os pesquisadores fizeram exatamente isso: com a ajuda de um vírus especial "domesticado", eles introduziram a proteína sensível à luz de algas ChR2 (canalrodopsina-2), que reage à luz azul, nos ventrículos do coração de ratos. (Algas verdes unicelulares, como Chlamydomonas, usam essa proteína para encontrar lugares mais claros.) Os autores escrevem que poderiam ajustar a frequência cardíaca dos animais com flashes azuis. O vírus permite que você entregue proteína a várias partes do músculo cardíaco, para que você possa controlar o coração com maior eficiência, pois muitas células de diferentes lugares respondem a um sinal externo de uma só vez.

Para “ligar” a optoproteína, não são necessários eletrodos: a luz azul do lado de fora, embora penetre pouco nos tecidos vivos, ainda pode chegar ao coração. Mas - apenas se estivermos falando de um rato. Em um animal mais ou menos grande, para não mencionar uma pessoa, o coração fica mais profundo, então aqui você precisa pensar em quanto tempo uma onda de luz pode alcançá-lo e, consequentemente, qual proteína sensível à luz será necessária. As regiões vermelha e infravermelha do espectro podem ser adequadas aqui, e se se trata de experimentos com primatas, esses são os comprimentos de onda que serão usados.

Vale ressaltar, no entanto, que existem outras abordagens para a criação de um marcapasso sem fio. Cerca de um ano atrás, escrevemos sobre o desenvolvimento de funcionários da Universidade de Stanford que se propuseram a apoiar o trabalho do marcapasso usando um gerador de ondas eletromagnéticas localizado apenas na superfície do corpo. Outra ideia pertence a pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign - eles conseguiram fazer o marcapasso funcionar a partir do próprio músculo cardíaco, devido à energia de suas contrações. Mas, é claro, a abordagem optogenética parece a mais radical - não há necessidade de implantar nenhum dispositivo no coração.