Bater do Coração à Velocidade da Luz

Batidas do Coração á Velocidade da Luz

Pela primeira vez, os pesquisadores controlaram o ritmo de um coração embrionário usando pulsos de luz. O novo método é um salto em frente para os cardiologistas e os biólogos do desenvolvimento, que espero que ajude produzir uma melhor compreensão do desenvolvimento do coração e doença cardíaca congênita. Eles também esperam que o desenvolvimento poderia eventualmente levar a novos tipos de pacemakers óptica.

Light beat: Pesquisadores usaram a luz para controlar os batimentos cardíacos de um embrião de codorniz com 53 horas de idade . Os impulsos de laser infravermelho foram transmitidas ao embrião através de fibra-fibra óptica (baixo) colocado apenas um milímetro de distância do coração em desenvolvimento. Crédito: Michael Jenkins, Case Western Reserve University

MULTIMÍDIA impulsos de laser estimulam o coração em desenvolvimento de um embrião de codorniz com dois dias de idade.

marcapasso artificial normalmente usa eletrodos para entregar regular, "passeado" impulsos elétricos do músculo cardíaco para manter suas batidas consistentes. Embora os dispositivos são seguros a curto prazo, podem causar danos ao músculo se usado ao longo de décadas. métodos intrusivos A técnica - que exigem contato com o coração - também limitam as suas capacidades como ferramenta de pesquisa.

"Se você está tentando usar um eletrodo de tocar o coração e estimulá-lo, os contatos que poderiam atrapalhar a observação potencial dos batimentos cardíacos", diz Ed Boyden, professor de engenharia biológica no MIT. Boyden não estava envolvido na pesquisa. "A metodologia não-invasiva para a pulsação do coração é importante para a ciência. Potencialmente, isso pode abrir uma série de experimentos."

A idéia de controlar as células com a luz não é nova: Alguns laboratórios têm mostrado que os neurônios podem ser ligados e desligados com estimulação óptica, e um grupo usou pulsos laser poderoso ritmo cardíaco de células em cultura. Mas esta é a primeira vez que um coração inteiro em um animal vivo foi acelerado com a luz.

Na nova técnica, descrita hoje na revista Nature Photonics, cientistas colocaram uma fibra de laser infravermelho um milímetro acima do coração de desenvolvimento do dia de idade e dois embriões de codorna. Como eles mudaram o ritmo dos pulsos de laser, os batimentos cardíacos passou para corresponder. "Estimulação não invasiva, um coração com a luz tem diferentes vantagens e desvantagens de estimulação elétrica", diz Michael Jenkins, um pós-doutorado em bioengenharia na Case Western Reserve University em Cleveland, e primeiro autor do estudo o. "Tem o potencial para ser utilizado todo o caminho da pesquisa básica para aplicações clínicas."

Jenkins e seus colegas estão trabalhando em ritmo óptica dos corações codorna adulta agora, usando a mesma técnica de segmentação de uma fibra ótica em seus corpos para que eles estão próximos ao coração. Mas os tecidos são mais opacas do que as encontradas em embriões, tornando mais difícil a penetração da luz. Porque as codornizes adultos são maiores, mas também mais difícil de encontrar justamente o ponto certo em que a formação da luz.

Os cientistas esperam que este tipo de método não intrusivo pode ajudar a descobrir mais sobre o desenvolvimento cardíaco e as causas desconhecidas das cardiopatias congênitas."Podemos usá-lo para não-invasiva estudar como as mudanças ambientais que alteram o ritmo cardíaco podem levar a malformações cardíacas", diz Jenkins. "Ou a estudar como as mudanças na freqüência cardíaca durante a fase crucial de crescimento pode mudar a expressão do gene."

Jenkins ainda não consegue explicar como a luz faz com que o músculo cardíaco se contraia, e diz que pode demorar anos para descobrir isso. Mas ele acha que pode ser que os comprimentos de onda infravermelhos aqueçam as células, de alguma forma alteram a capacidade de um determinado conjunto de canais iônicos para transmitir uma carga.

Douglas Cowan, um professor adjunto do Hospital Infantil de Boston, vem trabalhando em um método diferente para estimular a função muscular cardíaca, é baseado na engenharia de tecidos. Ele postula que a abordagem de Jenkins pode ajudar nudge células-tronco se diferenciarem em células cardíacas de bater.

Porque as ondas de luz não pode passar mais do que algumas camadas de tecido, os pesquisadores sugerem que, em humanos, a técnica poderia ser particularmente útil para a estimulação um coração exposto durante a cirurgia.

Para futuro , um pacemaker óptico implantável- apesar de perspectiva algo distante - é uma idéia que muitos cientistas acreditam que vale a pena perseguir. "Em crianças com 15 a 20 anos a estimulação eléctrica faz com que o coração não se desenvolva tão bem", diz Jenkins. Embora isso seja menos preocupante para uma pessoa com 75 anos , pode ser uma grande preocupação para um pediatra que está colocando um pacemaker para um período de três anos. "Se a estimulação óptica for capaz de fornecer o ritmo ao coração de tal forma que ele bate mais intrínseca, poderia ser uma vantagem", diz ele.