В лаборатории экспериментальной кардиологии НИИ кардиологии Томского НИМЦ появилась уникальная ультразвуковая визуализирующая платформа для работы с мелкими лабораторными животными
Ультразвуковая визуализирующая платформа Vevo 3100 LT стоимостью почти 15 млн. рублей приобретена по программе обновления приборной базы в рамках нацпроекта "Наука и университеты"
В лаборатории экспериментальной кардиологии НИИ кардиологии Томского НИМЦ
Ультразвуковая визуализация давно и успешно применяется в медицинских исследованиях, но использование этого метода для работы с мелкими лабораторными животными было до недавнего времени осложнено тем, что размеры объектов таких исследований требуют высокой разрешающей способности ультразвукового оборудования.
Новейшая ультразвуковая платформа радикально решает эту задачу: прибор обладает разрешением, десятикратно (!) превышающим разрешение клинических ультразвуковых систем, и позволяет проводить длительные эксперименты с участием больших групп подопытных животных. Этот высокоточный, многорежимный инструмент позволяет проводить доклинические исследования на самом высоком уровне.
О кардинально новом уровне эксперимента с применением новейшей системы ультразвуковой визуализации мы побеседовали с сотрудниками лаборатории экспериментальной кардиологии НИИ кардиологии Томского НИМЦ
Маленькие помощники большой науки
Эксперименты на животных на сегодняшний день необходимы для проведения первого, поискового этапа в научно-медицинских исследованиях. Такие эксперименты проводились еще в Древней Греции. В последние десятилетия исследования на животных сыграли огромную роль в каждом медицинском прорыве. Без таких экспериментов медицина не достигла бы современного уровня. Кроме того, изучение эффективности и безопасности лекарственных средств в обязательном порядке должны включать исследование на животных. Ни одно из лекарств, продающихся в российских аптеках, не было бы выпущено на рынок без доклинических исследований на животных. Можно с уверенностью сказать: эксперименты над животными помогли миллионам людей с тяжелыми заболеваниями.
Сегодня большую часть экспериментов в научных лабораториях проводят, используя мелких лабораторных животных: мышей и крыс. У людей и животных очень схожи системы органов, выполняющие одни и те же задачи. У животных можно смоделировать многие болезни человека. Однако при всей кажущейся схожести с человеком мыши и крысы, несомненно, имеют ряд отличий: это и меньший размер, и различия в показателях крови, метаболизма, скорости развития патологии. Соответственно, оборудование для проведений исследований на мелких лабораторных животных отличается от клинических приборов.
- Наша лаборатория использует в своей работе несколько моделей разных кардиологических заболеваний, воспроизводимых на крысах: например, острый инфаркт миокарда, - рассказывает Наталья Нарыжная, д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории. – На сегодняшний день ни одна виртуальная модель не может пока в полной мере воспроизвести влияние внешних и внутренних факторов, действующих на исследуемую биологическую систему. Поэтому, к сожалению, избежать исследования на животных невозможно. Однако уменьшить количество используемых животных - наша задача.
Ультразвуковая платформа Vevo 3100 LT - это оригинальный, «умный» инструмент, который позволяет нам оценивать насосную функцию сердца прижизненно (in vivo) при экспериментальном инфаркте миокарда, постинфарктном ремоделировании сердца, стресс-индуцированном повреждении сердца и при использовании других экспериментальных моделей в условиях лаборатории на мелких лабораторных животных.
На фото: младший научный сотрудник лаборатории Борис Курбатов демонстрирует принцип работы новой УЗИ-платформы
До настоящего времени мы могли оценивать реакции миокарда только по биохимическим маркерам, биологически активным веществам, которые выделяются в кровь при повреждении сердечной мышцы, либо при завершении эксперимента, посмертно, проведя патологоанатомический анализ повреждений сердца крысы. Нам очень важно оценивать сократительную способность миокарда. Этот вопрос - краеугольный камень всей кардиологии. Любой исследователь и в клинике, и в эксперименте вам скажет: как миокард сокращается, так он себя и чувствует! Никакие значимые изменения в сердечно-сосудистой системе не происходят без изменения сократимости миокарда. Для исследования сократимости миокарда ранее мы использовали модель изолированного сердца крысы, когда оценка сокращения миокарда проводится вне организма, при отсутствии влияния вегетативной нервной системы и гуморальных факторов. Это обстоятельство, а также невозможность многократного исследования сократительной активности миокарда при длительном наблюдении над одним животным, является недостатком метода. С новым УЗИ-аппаратом для лабораторных животных мы можем наблюдать изменения сократимости миокарда, отслеживать параметры: частоту сокращений, объем выброса, толщину стенки, наличие диастолической и систолической дисфункции с самого начала моделирования патологии в «реальных» условиях. Кроме того у нас появилась возможность хронических исследований живого животного в течение длительного времени, что крайне важно для оценки отдаленных результатов исследования. Несомненным плюсом повторных изменений является другой уровень статистической обработки: на одном и том же животном мы проводим всю линейку динамического исследования во времени. Таким образом, получаем более точные данные. Важный момент: повторные исследования на одной крысе позволяют избежать использования большого количества лабораторных животных. Я упоминала об этом выше: это один из главных принципов гуманного обращения с животными.
Почти как у людей
- Сердце крысы очень похоже на сердце человека: и по геометрии, и по анатомии они схожи. Но есть существенное различие: у человека частота сердечных сокращений в среднем составляет 80-150 ударов в минуту, а у крысы в покое 360 ударов, - говорит Леонид Маслов, д-р медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией. – Поэтому, конечно, УЗИ-прибор для лабораторных животных отличается от УЗИ-прибора для людей. Главным отличием является частота, с которой датчик способен подавать и принимать ультразвуковой сигнал – в приборе Vevo 3100 LТ частота датчика составляет от 10 до 23 МГц, что в 2 раза превосходит этот показатель для клинического прибора. Для ультразвукового исследования сердца крысы мы используем частоту 15 МГц и можем эффективно оценивать важный параметр миокарда – его сократимость. Это поможет нам продолжить исследования по разработке новых препаратов, которые не только устранят аритмию или снизят размер инфаркта, но и будут улучшать насосную функцию сердца. Одно из перспективных направлений, для которого необходим новый УЗИ-сканер, – изучение стрессорного повреждения сердца у крыс. До нас это направление никто не развивал.
Рассказывает Александр Мухомедзянов, к.м.н., научный сотрудник лаборатории:
- В лаборатории экспериментальной кардиологии уже несколько лет идет разработка пептидных препаратов для защиты от ишемического и реперфузионного повреждения миокарда и нарушений ритма. Уже получено порядка 15 патентов на кардиопротекторные и антиаритмические средства и разрабатываются новые. Мы работаем в тандеме с химиками ряда российских институтов, в том числе с нашим Томским политехническим университетом и Филиалом Института биоорганической химии им. Академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Одна из таких разработок поддержана грантом РНФ (№ 23-65-10017). Известно, что многие кардиопротекторные средства обладают отрицательным инотропным эффектом: они защищают миокард, но при этом его сократимость падает. Мы разработали соединение, которое защищает миокард как при профилактическом введении, так и при реперфузии сердца. Мы показали на модели изолированного сердца крысы, что соединение не снижает сократительную способность миокарда. Теперь этот факт нужно подтвердить с использованием нового УЗИ-аппарата при динамическом наблюдении уже при жизни животного.
• Сегодня в России не ведется подобных исследований с применением УЗИ-методик на лабораторных животных. Но за рубежом использование таких технологий на мелких животных является стандартной методикой в экспериментах. Так, похожее оборудование работает в Чешском институте физиологии порядка 15 лет, эксперименты проводятся на мышах (к слову, крупный самец мыши весит всего 40 грамм!)
- Сейчас мы пока только в процессе освоения нового УЗИ-прибора. В сотрудничестве с одним из ведущих специалистов по клиническим УЗИ-исследованиям НИИ кардиологии Аллой Александровной Бощенко составлены протоколы исследования, ведется их апробация на модели острой коронароокклюзии-реперфузии и стрессового повреждения миокарда у крыс. Остается открытым вопрос с практическим обучением сотрудников лаборатории методике исследования и расшифровки результатов. В ближайших планах - поехать на стажировку к коллегам. Это может быть как обучение в России (Москва), так и за границей: например, в Китае, - отметил в заключении Леонид Маслов.