Ученые из Института биофизики будущего МФТИ и Университета ИТМО разработали новый метод, позволяющий с высокой точностью оценивать нарушения в живой сердечной ткани, вызванные ишемией (снижением кровоснабжения вследствие недостатка поступления кислорода).
В основе технологии лежит анализ свечения молекулы NADH (никотинамидадениндинуклеотида) — ключевого переносчика электронов в клетках организма. Благодаря свойству самопроизвольного свечения в видимом диапазоне света эта молекула стала идеальным диагностическим маркером.
Ранее подобный мониторинг был возможен только в лабораторных условиях. Исследователи предложили новый подход, изучающий взаимодействие процессов разрушения молекулы под воздействием света и ее естественного восстановления. При облучении ультрафиолетом молекула NADH трансформируется в окисленную форму NAD+, после чего происходит ее обратное восстановление. Анализ процесса затухания свечения дает информацию о скорости протекающих процессов, активности ферментов и соотношении различных компонентов внутри клеток.
В ходе эксперимента ученые провели серию исследований на изолированных сердцах крыс. Процесс тестирования состоял из четырех ключевых этапов:
- Подготовка образца — временная остановка сердечной деятельности путем введения кардиоплегического раствора.
- Воздействие УФ-излучения — облучение образцов ультрафиолетовыми импульсами разной интенсивности.
- Регистрация данных — непрерывная фиксация свечения молекулы NADH с помощью высокоскоростной камеры.
- Моделирование ишемии — создание искусственного ишемического состояния для мониторинга динамики изменений в реальном времени.
Проанализировав полученные результаты, ученые подтвердили высокую эффективность разработанного метода.
Новая технология позволит создавать детальные карты ишемических повреждений сердечной ткани, не искажаемые особенностями биологических образцов. Это улучшит оценку донорских сердец, мониторинг операций на открытом сердце и раннюю диагностику ишемии. В планах ученых — разработка точного «цифрового двойника» для моделирования метаболизма сердца и создание компактных аналитических систем для операционных, способных оценивать состояние сердечной ткани в режиме реального времени.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда.