Laserid võivad viia uue südamestimulaatori väljatöötamiseni


Laserid võivad viia uue südamestimulaatori väljatöötamiseni
AP/Scanpix

USA teadlased on välja töötanud meetodi lühikeste valgussähvatustega südamelöökide tempo reguleerimiseks, mis võib viia vähem rakke kahjustava stimulaatori väljatöötamiseni.

Andrew Rollinsi juhitud meeskond Clevelandis asuvas Case Western Reserve Universitys näitas esmakordselt, kuidas vutilootes löövat süda infrapunalaseri valguse võngetega sünkroniseerida saab, vahendab Fyysika.ee.

Selletaolised uurimused said alguse 2008. aastal, kui titaan-safiir laseri eriti lühikeste, femtosekundiliste võngetega suudeti südamelihase rakkude väikeste rühmade tegevust reguleerida. Südamelihase rakud tõmbuvad südamelihases üheskoos kokku, et südamelööke tekitada. Paraku ilmnes, et protsessi käigus võivad rakud kahjustuda saada.

Uues uurimistöös võeti eeskujuks uuring, mis näitas kuidas võnkuv infrapunavalgus võib raku toimingupotentsiaali (ingl action potential) mõjutada. Selline nimi on antud kiiretele rakusisestele potentsiaalimuutustele, mida arvatakse lihase kokkutõmbeile eelnevat. Sellised toimed avastati katsetel, kus laseriga valgustamise aeg oli kahjustusi tekitavast palju väiksem.

Suurendades valgusallikat 1.88 μm lainepikkuse ning millisekundiliste võngete juures töötava infrapunase laserdioodini, sihtis meekond hoolikalt 0.3 mm2 suurust vutiloote südametoru ala. Kuna linnuloodete süda hakkab lööma umbes 40 inkubaatoris veedetud tunni järel, kasutas Clevelandi meeskond looteid, mis olid inkubaatoris olnud 53 kuni 59 tundi ning mille südamed lõid tavaliselt umbes korra kahe sekundi jooksul. Valgus juhiti rakkudeni 400 μm diameetriga fiibri kaudu, mis oli lootest 500 μm kaugusel ning südametoru valgustati kaks korda sekundis.

Tulemus oli laserivalguse võngete ning südamelöökide selline sünkronisatsioon, et iga valgusvõnge kutsus esile samaaegselt toimuva südametukse. Valgustamise sageduse suurendamine kolme võnkeni sekundis põhjustas sama südames ning kui laser lülitati välja, aeglustus südamelöökide kiirus peaaegu oma algtasemele. Seni kaua kuni valgustuse intensiivsust hoiti ülemisest piirist (töörühm tegi kindlaks, et see on umbes 0.81 J cm-2) madalamal, olid südamelöögid ühtlased ning elektronmikroskoobiga uurimisel ei täheldatud rakkudele mingeid kahjustusi.

Üldise südame kasvamise ning kaasasündinud rikete uurimisel on linnulooted oluliseks mudeliks. Südame kasvamisest ning riketest teatakse endiselt vähe, kuid lindudel on suhteliselt lihtne anatoomia, mis areneb kiiresti ning elus selgroogsete loomadega töötamist piiravad siiani karmid reeglid. Meetod välispidiselt südame tööd kontrollida annaks uurijatele võimaluse mõjutada jõude, mis muudavad südametoru neljakambriliseks organiks ning uurida mis protsessi jooksul toimub.

Siiski on inimeste elektriliste südamestimulaatorite asendamine laseritega veel kaugel, sest põhjused, miks laser nii toimib on veel ebaselged. USA meeskond arvab, et õigete tingimuste korral põhjustab laser ioonikanaleid avades ning toimingupotentsiaale mõjutades temperatuurimuutuse. Kas see juhtuks ka tumedamates inimsüdame kudedes, ei ole veel kindel.

Teadlased usuvad, et optilistel südamestimulaatoritel oleks elektriliste ees eeliseid, sest need ei peaks südamega füüsilises kontaktis olema. Sellega omakorda välditakse kahju, mida elektroodid ise mõnikord aidatavale organile teha võivad. Lisaks on võimalik laserit täpselt huvi pakkuvale kohale suunata.

Uurimistööd kirjeldatase ajakirjas Nature Photonics.