Реакция на свет

Мочеиспускание можно избирательно контролировать источником света. Правда, для этого необходимо «подсадить» в мочевой пузырь дополнительные рецепторы – опсины. Корейские ученые уже реализовали идею в эксперименте.

Возможность избирательно контролировать функцию мочевого пузыря при помощи переменного воздействия физических факторов длительное время ускользала от научного сообщества. Экспериментальная реализация новаторской идеи появилась в январе текущего года в Scientific Report. В основе метода, предложенного Jae Hong Park et al al., — свойства светочувствительных рецепторов (белков-опсинов). Необходимо отметить, что несмотря на вездесущность и распространенность этой группы белков, их присутствие характерно все-таки для фоточувствительных органов: кожи, радужки и сетчатки глаза; а также органелл, определяющих таксис простейших и беспозвоночных. В клетки мочевого пузыря опсины были привнесены методом трансфекции. В качестве векторов использовались аденовирусы: они доставили в детрузор каналродопсин-2 (ChR2). Об успешности трансфекции ученые судили через 1 неделю по наличию в клетке желтого флуоресцентного белка. При активации ChR2 переменным освещением синего диапазона (473 нм, 63 мВт в течение 1 с) с интервалами приблизительно в 2 мин в условиях цистометрии in vivo отмечались кратковременное повышение внутрипузырного давления и мочеиспускание. Эти данные in vivo подтверждают результаты ранних исследований in vitro, в которых освещение лучами синего диапазона вызывало входящий ток ионов и деполяризацию мембран изолированных клеток гладких мышц мочевого пузыря, содержащих ChR2, следствием чего, наиболее вероятно, должно было стать мочеиспускание.

Jae Hong Park et al. провели также эксперимент ex vivo на целом изолированном органе с использованием тетродотоксина и нифедипина. И, пожалуй, недостаточно будет просто сказать, что тетродотоксин не влиял на светочувствительность мочевого пузыря, а нифедипин полностью блокировал сокращения. Важно пояснить, что тетродотоксин – сильнейший небелковый яд нейропаралитического действия; именно ему своими рисками обязан японский деликатес фугу. И поэтому тот факт, что нейротоксин не изменил светочувствительность мочевого пузыря доказывает, что эффекты активации ChR2 не связаны с регуляцией функции мочевого пузыря нервной системой, а имеют в основе миогенные механизмы. Помимо стимуляции мочеиспускания ученые предложили использовать подобный подход для компенсации гиперактивности мочевого пузыря, вызванной простагландином Е2 (PGE2). Более ранние работы показали, что избыток PGE2 способен приводить к гиперактивности мочевого пузыря. Авторы использовали выделенные гладкомышечные клетки мочевого пузыря трансгенных мышей, экспрессирующих белок галородопсин (NpHR) — светочувствительный канал для ионов хлора. Было отмечено, что активация NpHR светом желтой части спектра (598 нм) приводит к гиперполяризации гладкомышечных клеток и, как следствие, ослабляет гиперреактивность изолированных фрагментов органа.

Таким образом, внешним освещением клеток мочевого пузыря, содержащих тот или иной опсин, можно добиться как стимуляции мочеиспускания, так и предотвращения диуреза. Эти результаты открывают новые перспективы по лечению дисфункции мочевого пузыря различной этиологии. Авторы отмечают: описанный метод имеет преимущества в отношении специфичности — он позволяет адресно управлять сокращением гладкомышечных волокон мочевого пузыря, не влияя при этом на нейронные цепи других/смежных органов. А в отличие от существующих фармакологических стратегий, представленный оптогенетический метод позволяет осуществлять временный контроль над сократительной активностью мочевого пузыря. «Возможность временно контролировать сокращение мочевого пузыря особенно важна для пациентов с гипоактивностью детрузора, — отмечают авторы исследования. — Фаза мочеиспускания слишком коротка (менее 1 мин) и эффективно воздействовать на столь кратковременную мишень таблети- рованными фармакологическими средствами очень сложно». Однако дальнейшие испытания и внедрение в клиническую практику если и станут возможными, то явно не в ближайшей перспективе. Во-первых, хотя в литературе и имеются данные о безопасности трансфекции при краткосрочном наблюдении, современные методы не обеспечивают надежную экспрессию нужного белка.

«Более того, применение аденовирусов сопряжено с высокой иммуногенностью, — пишут авторы статьи. — Поэтому еще одной задачей станет поиск и применение подходящих векторов». Кроме того, мочевой пузырь человека в сотни раз больше мышиного, поэтому встает задача создания светового имплантата с аккумулятором, срок службы которого должен составлять, вероятно, десятки лет. Справедливо отметить, что настоящее исследование было сконцентрировано на управлении сократительной активностью детрузора, тогда как для адекватной регуляции мочеиспускания требуется синхронизи- рованная работа детрузора и сфинктера. Однако в 2015 г. Bruegmann T. et al. (Nature communications) продемонстрировали возможность применения опсинов для управления сократительной активностью поперечно-полосатой мускулатуры. «Мы предполагаем, что принципиально возможно синхронизированное управление сократительной активностью детрузора и сфинктера с помощью ChR2 и NpHR», — завершают исследователи. Материал подготовлен по статье Jae Hong Park et al., Optogenetic Modulation of Urinary Bladder Contraction for Lower Urinary Tract Dysfunction, Scientific reports, Jan 2017.