קוצב גנטי המופעל על ידי אור 16.07.2015

למרות שקוצבי לב מצילים חיים רבים - לפי הסטטיסטיקה, יותר מ-3 מיליון אנשים ברחבי העולם נושאים מכשירים כאלה - השימוש בהם קשור לאי נוחות מסויימת. קוצב לב, או קוצב מלאכותי, עוזר להחזיר את התדירות והמחזוריות התקינה של התכווצויות הלב - אחרת, הפרעות קצב עלולות להוביל להשלכות חמורות למדי על האורגניזם כולו, עד למוות. אבל כדי שהקוצב יעבוד יש להשתיל את האלקטרודות שלו בלב, את החוטים מהם חייבים להיות מחוברים למחולל דופק, המושתל מתחת לעור.

עם הזמן, קוצבי הלב הלכו והצטמצמו, וניתן היה להכניס אלקטרודות עם חוטים ללב באמצעות צנתר פשוט דרך הוורידים. עם זאת, לא משנה כמה קטן הממריץ ולא משנה כמה חוטיו דקים, הוא עדיין צריך להחליף את הסוללות, מה שאומר פעולה בלתי נמנעת, גם אם קטנה. בנוסף, החוטים עם האלקטרודות המגיעים ללב עלולים להתבלות ויש צורך להחליף אותם מדי פעם. מצד שני, בגלל הצורך למשוך את החוטים, אנחנו לא יכולים למקם את הממריץ בכל מקום שנרצה, ולא נוכל להשתמש בנקודות רבות לגירוי. הלב עצמו לא תמיד "אוהב" גירוי על ידי מכשיר חיצוני. לבסוף, אם אנחנו מדברים על ילדים, אז זה לא תמיד אפשרי עבורם לשים קוצב לב מלאכותי בכלל.

אודי נוסינוביץ' וליאור גפשטיין מהטכניון המכון הטכנולוגי הישראלי הגיעו למעין דגם של קוצב לב שאין בו חוטים, אין אלקטרודות, אין סוללות, וממש עובד באור. למעשה, אין בכלל חומר ממריץ בצורה של מכשיר חיצוני - החוקרים הכניסו לתאי הלב שינוי אופטוגנטי, שאיפשר לשלוט בהתכווצויות הלב. המשמעות הכללית של שיטות אופטוגנטיות היא שגן חלבון רגיש לאור מוכנס לתא - חלבון כזה, לאחר שהשתלב בקרום התא, פותח תעלות יונים בממברנה בתגובה לפולס אור. וכידוע, הפיזור מחדש של יונים משני צידי הממברנה הוא שיוצרת דחף אלקטרוכימי. אופטוגנטיקה מצאה את השימוש הרחב ביותר בנוירוביולוגיה: על ידי החדרת חלבון רגיש לאור לנוירון, אנו יכולים באופן שרירותי, באמצעות אותות אור, ליצור אות בשרשרת של נוירונים.

אבל אחרי הכל, קצב הלב תלוי גם בדחפים אלקטרוכימיים (נזכיר שלמרות שיש סיבים של מערכת העצבים האוטונומית בלב, כמה תאים מיוחדים של שריר הלב יכולים בעצמם ליצור אותות קצביים, ויוצרים את מה שנקרא מערכת ההולכה של הלב) . ושום דבר לא מונע הכנסת מנגנון אופטוגנטי ללב.

החוקרים עשו בדיוק את זה: בעזרת וירוס "מבוית" מיוחד, הם הכניסו את החלבון הרגיש לאור האצות ChR2 (channelrhodopsin-2), המגיב לאור כחול, לחדרי לבם של חולדות. (אצות ירוקות חד-תאיות, כמו קלמידומונס, משתמשות בחלבון זה כדי למצוא מקומות בהירים יותר.) המחברים כותבים שהם יכולים לכוון את קצב הלב של החיות עם הבזקים כחולים. הנגיף מאפשר לך להעביר חלבון לחלקים שונים בשריר הלב, כך שאתה יכול לשלוט בלב ביעילות רבה יותר, מכיוון שתאים רבים ממקומות שונים מגיבים לאות חיצוני בבת אחת.

כדי "להפעיל" את האופטופרוטאין, אין צורך באלקטרודות: אור כחול מבחוץ, למרות שהוא חודר לרקמות חיות בצורה גרועה למדי, עדיין יכול להגיע ללב. אבל - רק אם אנחנו מדברים על חולדה. בחיה גדולה פחות או יותר, שלא לדבר על אדם, הלב נמצא עמוק יותר, אז כאן צריך לחשוב כמה זמן גל אור יכול להגיע אליו ובהתאם, איזה חלבון רגיש לאור יידרש. האזורים האדומים והאינפרא אדום של הספקטרום יכולים להתאים כאן, ואם מדובר בניסויים עם פרימטים, אלו הם אורכי הגל שישמשו.

עם זאת, ראוי לציין כי קיימות גישות אחרות ליצירת קוצב לב אלחוטי. לפני כשנה כתבנו על התפתחותם של עובדי אוניברסיטת סטנפורד שהציעו לתמוך בעבודתו של קוצב הלב באמצעות מחולל גלים אלקטרומגנטיים הממוקם בדיוק על פני הגוף. רעיון נוסף שייך לחוקרים מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין - הם הצליחו לגרום לקוצב לעבוד משריר הלב עצמו, בשל אנרגיית ההתכווצויות שלו. אבל, כמובן, הגישה האופטוגנטית נראית הכי קיצונית – אין צורך להשתיל שום מכשיר בלב בכלל.