Водители ритма нового поколения: от электрических устройств до биологических пейсмейкеров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Изобретение электрокардиостимулятора в середине XX века привело к революции в терапии заболеваний проводящей системы сердца. Продолжалось усовершенствование электрокардиостимуляторов. В 1962 г. в г. Каунасе удалось выпустить первую небольшую серию наружных электрокардиостимуляторов для чрес­кожной и прямой стимуляции. Они становились меньше по размеру и легче по весу, однако проблемы инфицирования инородного тела и ограниченного срока эксплуатации остались нерешёнными. Современная высокотехнологичная медицина стремится к созданию менее травматичных электрокардиостимуляторов, но, тем не менее, биологические кардиостимуляторы могут расширить терапевтический арсенал для лечения кардиологических пациентов, будучи наиболее физиологичными для человека. Концепция искусственного биологического водителя ритма включает создание органической конструкции, которая вырабатывает спонтанный ритм из места имплантации конструкции в сердечной мышце. Были использованы различные генные и клеточные подходы для создания биологических кардиостимуляторов: подход функциональной реорганизации (использование аденовирусных векторов для гиперэкспрессии генов, кодирующих ионные каналы в кардиомиоцитах), гибридный подход (использование фибробластов для доставки генов ионных каналов, обеспечивающих автоматизм сердца), подход соматического репрограммирования (гиперэкспрессия транскрипционного фактора TBX18 с использованием аденовирусных векторов, который перепрограммирует кардиомиоциты в индуцированные клетки синоатриального узла, создавая кардиостимуляторную активность), клеточный подход (трансплантация стволовых клеток в определённое место в сердце с созданием тем самым биологической стимуляции). Современные методы электрокардиостимулирования и разрабатываемые концепции биологического водителя ритма наглядно показывают возможность устранения текущих проблем, связанных с использованием искусственного водителя ритма, путём замены его на биологический. Каждый из подходов (генный, клеточный, гибридно-клеточный, соматический репрограммирующий) имеет свои преимущества и недостатки, что предрасполагает к дальнейшему их изучению и усовершенствованию с целью внедрения биологического кардиостимулятора в клиническую практику.

Об авторах

Владимир Николаевич Ослопов

Казанский государственный медицинский университет

Email: osnebaa@mail.ru
Россия, г. Казань, Россия

Аида Халид кызы Мамедова

Казанский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: osnebaa@mail.ru
Россия, г. Казань, Россия

Динара Наиловна Нафеева

Казанский государственный медицинский университет

Email: osnebaa@mail.ru
Россия, г. Казань, Россия

Елена Владимировна Хазова

Казанский государственный медицинский университет

Email: osnebaa@mail.ru
Россия, г. Казань, Россия

Юлия Владимировна Ослопова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: osnebaa@mail.ru
Россия, г. Казань, Россия

Список литературы

  1. Anderson R.H., Boyett M.R., Dobrzynski H., Moorman A.F. The anatomy of the conduction system: implications for the clinical cardiologist. J. Cardiovasc. Transl. Res. 2013; 6: 187–196. doi: 10.1007/s12265-012-9433-0.
  2. Anderson R.H., Ho S.Y. The architecture of the sinus node, the atrioventricular conduction axis, and the х atrial myocardium. J. Cardiovasc. Electrophysiol. 1998; 9: 1233–1248. doi: 10.1111/j.1540-8167.1998.tb00097.x.
  3. Fortescue E.B., Berul C.I., Cecchin F., Walsh E.P., Triedman J.K., Alexander M.E. Patient, procedural, and hardware factors associated with pacemaker lead failures in pediatrics and congenital heart disease. Hear. Rhythm. 2004; 1: 150–159. doi: 10.1016/j.hrthm.2004.02.020.
  4. Dagdeviren C., Yan S., Joe P., Ghaffari R., Balooch G., Usgaonkar K., Onur Gur, Phat L.T., Jessi R.C., Meyer M., Yewang S.R., Webb C., Tedesco A.S. Conformal piezoelectric systems for clinical and experimental characterization of soft tissue biomechanics. Nat. Mater. 2015; 14: 728–736. doi: 10.1038/nmat4289.
  5. Dagdeviren C., Yan S., Joe P., Ghaffari R., Balooch G., Usgaonkar K., Onur Gur, Phat L.T., Jessi R.C., Meyer M., Yewang S.R., Webb C., Tedesco A.S. Conformal piezoelectric energy harvesting and storage from motions of the heart, lung, and diaphragm. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014; 111: 1927–1932. doi: 10.1073/pnas.1317233111.
  6. Haeberlin A., Zurbuchen A., Walpen S., Schaerer J., Niederhauser T., Huber C., Tanner H., Servatius H., Seiler J., Haeberlin H., Fuhrer J., Vogel R. The first batteryless, solar-powered cardiac pacemaker. Heart Rhythm. 2015; 12: 1317–1323. doi: 10.1016/j.hrthm.2015.02.032.
  7. Van Weerd J.H., Christoffels V.M. The formation and function of the cardiac conduction system. Development. 2016; 143: 197–210. doi: 10.1242/dev.124883.
  8. Cohen I., Brink P., Robinson B., Rosen M. The why, what, how and when of biological pacemaker. Nature Clin. Pract. 2005; 2: 374–375. doi: 10.1038/ncpcardio0276.
  9. Cingolani E., Marbán E. Recreating the sinus node by somatic reprogramming: a dream come true? Rev. Esp. Cardiol. 2015; 68: 743–745. doi: 10.1016/j.rec.2015.04.011.
  10. Hu Y.F., Dawkins J.F., Cho H.C., Marban E., Cingolani E. Biological pacemaker created by minimally invasive somatic reprogramming in pigs with complete heart block. Sci. Transl. Med. 2014; 6: 245ra94. doi: 10.1126/scitranslmed.3008681.
  11. Chauveau S., Anyukhovsky E.P., Ben-Ari M., Naor S., Jiang Y.P., Danilo P.Jr., Rahim T., Burke S., Qiu X., Potapova I.A. Induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes provide in vivo biological pacemaker function. Circ. Arrhythm. Electrophysiol. 2017; 10: e004508. doi: 10.1161/CIRCEP.116.004508.
  12. Liechty K.W., Mackenzie T.C., Shaaban A.F., Radu A., Moseley A.B., Deans R., Marshak D.R., Flake A.W. Human mesenchymal stem cells engraft and demonstrate site-specific differentiation after in utero transplantation in sheep. Nat. Med. 2000; 6: 1282–1286. doi: 10.1038/81395.
  13. Lloyd M., Reynolds D., Sheldon T., Stromberg K., Hudna H.T., Demmer W.M., Omar R., Ritter P., Hummel J., Mont L., Steinwender C., Duray G.Z. Rate adaptive pacing in an intracardiac pacemaker. Heart Rhythm. 2017; 14: 200–205. doi: 10.1016/j.hrthm.2016.11.016.
  14. Edelberg J.M., Aird W.C., Rosenberg R.D. Enhancement of murine cardiac chronotropy by the molecular transfer of the human β2 adrenergic receptor cDNA. J. Clin. Invest. 1998; 101: 337–343. doi: 10.1172/JCI1330.
  15. Edelberg J.M., Huang D.T., Josephson M.E., Rosenberg R.D. Molecular enhancement of porcine cardiac chronotropy. Heart. 2001; 86: 559–562. doi: 10.1136/heart.86.5.559.
  16. Riedel M., Jou C.J., Lai S., Lux R.L., Moreno A.P., Spitzer K.W., Christians E., Tristani-Firouzi M., Benjamin I.J. Functional and pharmacological analysis of cardiomyocytes differentiated from human peripheral blood mononuclear-derived pluripotent stem cells. Stem. Cell Rep. 2014; 3: 131–141. doi: 10.1016/j.stemcr.2014.04.017.
  17. Baruscotti M., Bucchi A., Difrancesco D. Physiology and pharmacology of the cardiac pacemaker (“funny”) current. Pharmacol. Ther. 2005; 107: 59–79. doi: 10.1016/j.pharmthera.2005.01.005.
  18. Zhang H., David H.L., Shlapakova I.N., Zhao X., Danilo P., Robinson R.B., Cohen I.S., Dan Qu, Zhiyun Xu, Rosen M.R. Implantation of sinoatrial node cells into canine right ventricle: Biological pacing appears limited by the substrate. Cell Transplant. 2011; 20 (11–12): 1907–1914. doi: 10.3727/096368911X565038b.
  19. Silva J., Rudy Y. Mechanism of pacemaking in Ik1-downregulated myocytes. Circul. Res. 2003; 92: 261–263. doi: 10.1161/01.RES.0000057996.20414.C6.
  20. Xu C., Police S., Rao N., Carpenter M.K. Characterization and enrichment of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. Circul. Res. 2002; 91: 501–508. doi: 10.1161/01.RES.0000035254.80718.91.
  21. Xue T., Cho H.C., Akar F.G., Tsang S., Jones S.P., Marban E., Tomaselli G.F., Li R.A. Functional integration of electrically active cardiac derivatives from genetically engineered human embryonic stem cells with quiescent recipient ventricular cardiomyocytes: insights into the development of cell-based pacemakers. Circulation. 2005; 111: 11–20. doi: 10.1161/01.CIR.0000151313.18547.A2.
  22. Protze S.I., Liu J., Nussinovitch U., Ohana L., Backx P.H., Gepstein L., Keller G.M. Sinoatrial node cardiomyocytes derived from human pluripotent cells function as a biological pacemaker. Nat. Biotechnol. 2017; 35: 56–68. doi: 10.1038/nbt.3745.
  23. Kaupp U.B., Seifert R. Molecular diversity of pacemaker ion channels. Annu. Rev. Physiol. 2001; 63: 235–257. doi: 10.1146/annurev.physiol.63.1.235.
  24. Загидуллин Н.Ш., Загидуллин Ш.З. Возможности конструкции биологических водителей ритма сердца при поражении синусового узла (обзор литературы с собственными исследованиями). Мед. вестн. Башкортостана. 2008; 3 (1): 51–56.
  25. Загидуллин Н.Ш., Загидуллин Ш.З. Электрофизиологическая характеристика кардиоспецифических изоформ If канала. Казанский мед. ж. 2009; 90 (2): 27–31.
  26. Plotnikov A.N., Shlapakova I., Szabolcs M.J., Jr P.D., Lorell B.N., Potapova I.A., Lu Z., Rosen A.B., Mathias R.T., Brink P.R., Robinson R.B., Cohen I.S., Rosen M.R. Xenografted adult human mesenchymal stem cells provide a platform for sustained biological pacemaker function in canine heart. Circulation. 2007; 116: 706–713. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.703231.
  27. Cho H.C., Kashiwakura Y., Marban E. Creation of a biological pacemaker by cell fusion. Circuí. Res. 2007; 100: 1112–1115. doi: 10.1161/01.RES.0000265845.04439.78.
  28. Bucchi A., Plotnikov A.N., Shlapakova I., Jr P.D., Kryukova Y., Qu J., Lu Z., Liu H., Pan Z., Potapova I., KenKnight B., Girouard S., Cohen I.S., Brink P.S., Robinson R.B., Rosen M.R. Wild-type and mutant HCN channels in a tandem biological-electronic cardiac pacemaker. Circulation. 2006; 114: 992–999. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.106.617613.
  29. Kapoor N., Liang W., Marbán E., Cho H.C. Direct conversion of quiescent cardiomyocytes to pacemaker cells by expression of Tbx18. Nature Biotechnol. 2012; 31 (1): 54–62. doi: 10.1038/nbt.2465.
  30. Lown B., Axelrod P. Implanted standby defibrillators. Circuíation. 1972; 46: 637–639. doi: 10.1161/01.CIR.46.4.637.
  31. Mirowski M., Philip R., Mower M.M., Watkins L., Gott V.L., Schauble J.F., Langer A., Heilman M.S., Kolenik S.A., Fischell R.E., Weisfeldt M.L. Termination of malignant ventricular arrhythmias with an implanted automatic defibrillator in human beings. N. Eng. J. Med. 1980: 303: 322–324. doi: 10.1056/NEJM198008073030607.
  32. Mond H.G., Proclemer A. The 11th world survey of cardiac pacing and implantable cardioverter-defibrillators: calendar year 2009 — a World Society of Arrhythmia’s project. Pacing Cíin. Eíectrophysio. 2011: 34: 1013–1027. doi: 10.1111/j.1540-8159.2011.03150.x.
  33. Bolli R. Dandum semper est tempus: the crucial importance of (and increasing disregard for) the test of time. Circuí. Res. 2015: 117: 755–757. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.115.307613.
  34. Ослопов В.Н., Милютина О.И., Милютина И.И. Биологический водитель ритма: возможность и методы создания. Практич. мед. 2020; 18 (1): 32–37.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© 2021 Эко-Вектор



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».