Экспериментальные модели для исследования волн реентри тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, доктор наук Агладзе Константин Игоревич

  • Агладзе Константин Игоревич
  • доктор наукдоктор наук
  • 2020, ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
  • Специальность ВАК РФ03.01.02
  • Количество страниц 270
Агладзе Константин Игоревич. Экспериментальные модели для исследования волн реентри: дис. доктор наук: 03.01.02 - Биофизика. ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)». 2020. 270 с.

Оглавление диссертации доктор наук Агладзе Константин Игоревич

Содержание

1. Введение

2. Основные понятия

2.1. Волны возбудимости - автоволны и их роль в функционировании сердца

10

2.1.1. Возбудимые системы, живые и неживые

2.1.2. Потенциал действия и мембранные токи

2.1.3. Распространяющаяся волна возбуждения и реентри - "автоволновой вихрь"

2.1.4. Математические модели распространения волны возбуждения по сердечной ткани

2.2. Экспериментальные методы изучения волн возбуждения

2.2.1. Реакция Белоусова-Жаботинского и химические активные среды

2.2.2. Исследование волн возбуждения в сердце

2.2.3. Исследование волн возбуждения и реентри в культурах ткани

2.3. Тканево-инженерные модели сердца

3. Описание экспериментальных методов

3.1. Реакция Белоусова-Жаботинского и ее модификации

3.2. Приготовление первичной культуры кардиомиоцитов

3.3. Получение человеческих кардиомиоцитов из ИПСК

3.4. Создание полимерных матриксов при помощи установки электроспиннинга

4. Результаты

4.1. Наблюдаемые типы реентри

4.1.1. Многорукавные спиральные волны

4.1.2 Трехмерные вращающиеся волны

4. 2. Тканево-инженерные модели возбудимой среды

4.2.1. Простые физико-химические методы создания структурированной сердечной ткани

4.2.2. Управление возбудимостью ткани с помощью света

4.2.3. Структурирование выращиваемой сердечной ткани с помощью полимерных волокон

4.2.4. Тканеинженерная сердечная ткань из человеческих кардиомиоцитов

4.3. Роль границы и геометрии участка среды в распространении волны возбуждения и образования реентри

4.3.1. Образование реентри на заостренных препятствиях

4.3.2. Высокочастотная неустойчивость волновых фронтов

4.3.3. "Химический диод"

4.3.4. Туннельные химические волны

4.3.5. Взаимодействие с границей среды волны возбуждения в культуре сердечных клеток

4.3.6. Спонтанный распад спиральной волны, вызванный прикреплением ее к дефекту ткани

4.3.7. Тест на аритмогенность на основе слоя кардиомиоцитов человека, полученных из ИПСК

4.4. Влияние параметров (возбудимости) среды на динамику реентри

4.4.1. Резонанс спиральных волн в возбудимой распределенной среде

4.4.2. Быстрое селективное устранение спиральных волн

4.4.3. Светоиндуцированный коллапс пары спиральных волн

4.5. Распространение возбуждения в анизотропных средах

4.5.1. Нановолоконные подложки для создания анизотропной культивированной сердечной ткани

4.5.2. Распространение волн возбуждения в анизотропной культуре тканей сердца

4.5.3. Распространение волн возбуждения в культивированной многодоменной ткани сердца

4.6. Способы терминации волны реентри

4.6.1. Изменение параметров среды к состоянию, не позволяющему вращение волны

207

4.6.2. Терминация спиральной волны с помощью ее пре-дестабилизации

4.6.3. Терминация волн реентри с помощью синхронизации и вынужденного дрейфа

219

4.6.4. Подавление спиральных волн, прикрепленных к анатомическому препятствию высокочастотными стимулами в слоях кардиомиоцитов

5. Заключение и выводы

6. Благодарности

7. Список используемых сокращений

8. Список публикаций автора по теме диссертации

9. Список использованной литературы

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Биофизика», 03.01.02 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальные модели для исследования волн реентри»

1. Введение

Волны возбуждения, или автоволны, играют большую роль в функционировании множества систем живой и неживой природы. Существует множество природных объектов, в которых они наблюдаются: колебательные химические реакции в активных средах (например, реакция Белоусова -Жаботинского), распространение импульсов возбуждения по нервным волокнам, волновая химическая сигнализация в колониях определенных микроорганизмов, волны распространяющейся депрессии в нервной ткани (в частности, сетчатке глаза), автоволны в сегнетоэлектрических и полупроводниковых пленках, популяционные волны и волны распространения эпидемий и генов и многие другие явления. Нервные импульсы, которые служат типичным примером волн возбуждения или автоволн в активной среде с восстановлением, были изучены еще в 1850 году Германом фон Гельмгольцем. Свойства нервных импульсов, характерные для простейших автоволновых решений (универсальная форма и амплитуда, не зависящие от начальных условий и аннигиляции при столкновениях), были установлены в 19201930-х годах XX века. Однако, наибольшее развитие наука о волнах возбуждения получила в приложении к исследованию электрических волн в сердце.

Дело в том, что правильное функционирование сердца, позволяющее ему эффективно выполнять свою насосную функцию, зависит от скоординированного сокращения отдельных элементов сердечной мышцы. Эта координация контролируется распространяющимися по миокарду электрическими волнами, запускающими сокращение. Нарушение правильного ритма сердца, или аритмия, как правило связана с нарушением распространения волны возбуждения. Наиболее опасными аритмиями являются тахиаритмии, проявляющиеся в физиологически неоправданном учащенном сокращении сердца и часто приводящие к фибрилляции желудочков, которые в этом случае перестают нагнетать кровь. Широко известно, что сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) одной из основных медицинских проблем в большинстве стран современного мира. В частности, каждый год от ССЗ в Европе умирают 4 млн человек, из которых 1 млн приходится на Россию. Сердечно-сосудистые заболевания все еще остаются первой по статистике причиной смертей в России — 46% граждан погибают именно от них.

В нарушении ритма сердца важнейшую роль играет появление паразитных источников возбуждения, дезорганизующих его работу. Одним из наиболее распространенных источников такого рода является волна реентри: циркуляция волны возбуждения, перехватывающая у синусового узла контроль над ритмическим сокращением сердца. Появление нескольких волн реентри приводит к автономному, не синхронизованному сокращению различных частей сердца. В предельном случае максимального размножения источников реентри возникает фибрилляция сердца. Отсюда становится понятным, что для успешной борьбы с тахиаритмиями наиболее важно знать:

- механизмы возникновения волн реентри;

- способы их подавления.

Разработке этой темы было посвящено множество теоретических и экспериментальных работ, значительная часть которых отражена в приведенной библиографии. К сожалению, поскольку динамика волн возбуждения в сердце сильно нелинейна, создание адекватной теории для их количественного описания оказалось по сию пору невозможным. Поиск решений уравнений, описывающих сердечную ткань, основывается на методах компьютерного моделирования, продвигаясь по мере совершенствования вычислительной техники. В пору несовершенства компьютеров, большая часть результатов, описывающих поведение волн возбуждения и, в частности, вращающихся волн, была получена с помощью модельных сред, из которых главную роль сыграла химическая активная среда на основе реакции Белоусова - Жаботинского. Аналогично, 4-5 десятилетий назад инструментарий электрофизиолога, изучающего функционирование сердца, был с современной точки зрения крайне скуден и едва ли позволял проводить измерение простейших характеристик волны возбуждения, таких как скорость распространения и рефрактерность. Даже исчерпывающее доказательство существования вращающихся волн волн возбуждения, анатомически не привязанных к особому пути, было получено только после появления методов оптического картирования возбуждения в 90-е годы прошлого века. Таким образом, экспериментальная работа по изучению фундаментальных характеристик волн реентри первоначально опиралась на модельные среды, главным образом, представленные слоями реакции Белоусова - Жаботинского. Эта логика отражена в представленной диссертации: каждый раздел главы "Результаты" начинается с описания данных, полученных на химической активной среде.

С развитием двух независимых методов исследования: культуры сердечной ткани и оптического картирования волн возбуждения, базирующегося на применении флуоресцентных маркеров возбуждения, стало возможным приблизить экспериментальную модель к настоящей сердечной ткани. В особенности, такие модели сделало актуальными развитие в последнее десятилетие методов тканевой инженерии сердца и клеточного репрограммирования.

Создание тканевоинженерных конструкций, позволяющих исследовать фундаментальные механизмы образования и гибели волн реентри было одной из основных задач представленного исследования. Для понимания механизмов, лежащих в основе нормальной и патологической активности сердца человека, требуются сравнительные исследования электрофизиологии и возбуждения-сокращения в различных областях сердца, как в нормальных, так и в патофизиологических ситуациях. Традиционно для этого используются животные модели, в том числе и культуры неонатальных желудочковых кардиомиоцитов крысы. Поскольку электрофизиологические характеристики крысиного и человеческого сердца различаются, необходима разработка экспериментальных моделей, базирующихся на человеческих кардиомиоцитах.

В последние годы эта задача решается двумя принципиально различными путями. Первый путь — это получение препаратов человеческого сердца из сердец, замещенных или отвергнутых при трансплантации. Нетрудно видеть, что источник такого типа препаратов имеет случайный характер, а препараты получаются из сердец, как правило, нашодящихся в состоянии глубокой патологии. Второй путь — это создание препаратов сердечной ткани методами тканевой инженерии путем использования кардиомиоцитов, дифференцирующихся из стволовых клеток человека. Благодаря открытию Shinya Yamanaka клеточного репрограммирования стало возможным трансформировать специализированные тканевые клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), за что Yamanaka была присуждена Нобелевская премия 2012 г. Этот метод также не лишен недостатков, т.к. полученные тканево-инженерные конструкции не являются полным аналогом нативной сердечной ткани. Однако, он быстро развивается, в частности, в

представленной работе были получены принципиальные результаты по контролю архитектуры выращиваемой сердечной ткани с помощью полимерных нановолокон.

Таким образом, в исследовании прослеживается следующая логика: обнаружение эффекта на модельной химической активной среде - подтверждение на компьютерной модели - верификация и дальнейшее исследование особенностей поведения волн реентри на тканево-инженерных конструкциях, в том числе, полученных методом клеточного репрограммирования.

Основными целями продолжающегося исследования были:

1. Определение наиболее общих механизмов спонтанного возникновения волн реентри в активной среде, в частности, в сердечной ткани. В том числе, с целью противодействия им.

2. Определение наиболее общих механизмов подавления (терминации) волн реентри имеющих потенциал практического использования.

Основными задачами, решаемыми в исследовании, были:

1. Совершенствование техники работы с химической активной средой на основе Белоусова - Жаботинского, позволяющее использовать ее в качестве модельной системы для изучения поведения спиральных волн (волн реентри).

2. Воспроизводимо получать различные типы реентри, такие как многорукавные спиральные волны и трехмерные свитки, а также исследовать особенности их динамики.

3. Создание тканево-инженерных конструкций из кардиомиоцитов, пригодных как для исследования волн возбуждения в сердечной ткани, так и для целей регенеративной медицины.

4. Исследовать роль границы и геометрии участка среды в распространении волны возбуждения и образования реентри. Применение полученных данных для разработки теста на аритмогенность.

5. Исследовать влияние параметров (возбудимости) среды на динамику реентри, в том числе в нестационарных системах, с изменяющимися от времени параметрами. В том числе, исследовать процесс столкновения и коллапса разнонаправленных спиральных

волн и процессы образования и терминации реентри при изменении возбудимости среды.

6. Исследовать распространение возбуждения в анизотропных средах, имитирующих распространение возбуждения вдоль и поперек сердечных волокон.

7. Исследовать способы терминации волны реентри, в том числе базирующиеся на вынужденном дрейфе спиральных волн.

В ходе выполнения представляемого цикла исследований был получен ряд приоритетных результатов, опубликованных в ведущих международных высокорейтинговых изданиях, в частности, три публикации в Nature и одна в Science. Ряд фундаментальных свойств волн реентри в возбудимых средах был получен на модельных средах на основе реакции БЖ, а затем подтвержден в экспериментах с тканево-инженерными конструкциям. К ним, в частности, относятся вынужденный дрейф спиральных волн под воздействием синхронизующего источника и образование реентри на препятствии, имеющем высокую локальную кривизну (острый угол).

В тканевой инженерии сердца были впервые получены волны реентри на слоях человеческих сердечных клеток и показана возможность их использования для сравнения эффективности антиаритмиков. Впервые было показано, что полимерные нановолокна задают направление роста и развития сердечных клеток и могут быть использованы для контроля архитектуры выращиваемой сердечной ткани.

Результаты, полученные в ходе выполнения исследования имеют несомненную практическую ценность. Так, обнаружение и исследование вынужденного дрейфа спиральных волн закладывает механистическую базу под разработку методов низковольтной дефибрилляции, а обнаруженный механизм образования волн реентри на острых углах невозбудимого препятствия дал возможность разработать универсальный тест на аритмогенность на основе слоев человеческих сердечных клеток. Контроль архитектуры культивируемой ткани с помощью нановолокон заложил основы нового направления тканевой инженерии сердца.

Результаты цикла исследований опубликованы в 50 статьях в журналах, входящих в базу данных Web of Science. Список публикаций по теме диссертации приведен перед общей библиографией.

2. Основные понятия

Поскольку в представленной работе суммированы результаты исследований, проводившихся в течение 40 лет, достаточно трудно сделать традиционный обзор литературы. За эти годы многие концепции эволюционировали, опубликованные автором результаты многократно (многие статьи 100+) цитировались, на их основе развивались направления исследований. Традиционный литобзор представляет собой состояние научной мысли в начале работы диссертанта, оказываясь неким статичным срезом или слепком информационного потока, который исследователь использует в качестве платформы при построении своей работы. В ситуации, когда работа проводилась в течение длительного периода времени, полученные диссертантом данные используются другими исследователями, а их результаты - снова диссертантом. Возникает интерактивный процесс развития научного знания, для описания которого нужны новые формы. Автором данной работы предлагается следующая схема: вместо обзора представлен раздел "Основные понятия, история и эволюция", а конкретные литературные данные, послужившие исходным материалом при планировании работ, представленных в разделе "Результаты" приведены в вводной части соответствующего подраздела.

2.1. Волны возбудимости - автоволны и их роль в функционировании сердца.

2.1.1. Возбудимые системы, живые и неживые

Волны возбуждения играют большую роль в функционировании ряда биологических и небиологических систем, обзор которых был исчерпывающе дан в монографиях I. Prigogine [4-6], H. Haken [7] и J. Murray [8]. Роднит все эти системы то, что поведение их достаточно эффективно описывается так называемыми уравнениями реакции-диффузии:

^ = DAu + f(u) (2.1)

где u - переменная, D - коэффициент диффузии (или коэффициент связи), А -лапласиан, а функция f описывает поведение системы в точке (для химических реакций - в идеально перемешиваемом реакторе). Если функция f описывает переход из одного

устойчивого состояния системы в другое, в пространстве получаем распространяющуюся волну такого перехода. Так ведут себя, например, распространяющиеся пламена, матаппарат для расчета которых был предложен Франк-Каменецким [9]. Наиболее интересна ситуация, если функция f - периодическая, тогда в системе могут возникать периодические распространяющиеся волны. Если же система может быть выведена из равновесия небольшой пертурбацией (стимулом), давая в ответ один или несколько циклов колебаний, говорят, что она имеет "возбудимую" кинетику. Простейшие фазовые портреты систем, демонстрирующих подобное поведение приведены на рис. 2.1.

сЬс

л

= ё(х> у)

£ Ш £ « 1

У

У

У

Возбудимость

Автоколебания

Триггер

X

Рисунок 2.1. Фазовый портрет системы типа Фитцхью-Нагумо.

Наиболее изученными примерами возбудимых систем являются в биологии -сердечная и нервная ткань [10], а в неживой природе - химические колебательные реакции (химические осцилляторы), из которых наиболее известна реакция Белоусова-Жаботинского [11, 12]. Волны возбуждения в русскоязычной научной литературе часто называют автоволнами, по аналогии с автоколебаниями для точечной системы. Однако, следует отметить, что это название не прижилось в международной практике.

2.1.2. Потенциал действия и мембранные токи

Волны возбуждения могут наблюдаться во многих биологических системах, таких как система хищник-жертва, растущие и конкурирующие полпуляции, распространение эпидемий. Однако, наиболее изучены на сей день волны в возбудимой ткани, такой как нервная или сердечная, имеющие между собой много общего. Остановимся подробнее на генерации так называемого потенциала действия

(ПД).

Нормальное механическое (насосное) функционирование сердца зависит от координации сократительных элементов, а оно достигается синхронизованной последовательной активацией клеток. Это согласование производится распространяющейся электрической волной, приводящей к перебросу мембранного потенциала от примерно - 80 мВ до + 10-15 мВ. Изменение мембранного потенциала происходит благодаря действию мембранных ионных каналов. Потенциал действия миокарда отражает последовательную активацию-инактивацию ионных каналов кардиомиоцитов, их взаимодействия друг с другом и межклеточной средой. Генерация ПД осуществляется путем сложного взаимодействия между нелинейными мембранными ионными токами и ионной средой клетки и внеклеточного пространства [13]. Мембранные ионные токи, в свою очередь, появляются благодаря потенциал-зависимым ионным каналам, насосам и ионным обменникам [14, 15]. Ионные токи деполяризуют (входящие натриевые и кальциевые токи (№+ и Са2+) и реполяризуют мембрану клетки, (выходящие калиевые (К) токи). Формы ПД в разных областях сердца различны (Рис. 2.2), из-за различий в выражении и / или свойствах ионных каналов кардиомиоцитов в этой области сердца. Эти различия способствуют нормальному однонаправленному распространению возбуждения через миокард и генерации нормальных сердечных ритмов. Изменения в свойствах или функциональном выражении ионных каналов миокарда, полученных в результате наследственных мутации в генах, кодирующих эти каналы или заболевания миокарда, может привести к изменениям в осциллограмме потенциала действия, в синхронизацию и / или распространение возбуждения, тем самым становится предрасположенным к потенциально опасным для жизни аритмиям.

Потенциал внутри клетки примерно на 70-90 мВ ниже, чем в окружающей среде. Этот потенциал называется потенциалом покоя. При возбуждении сердечной клетки приходящим электрическим стимулом мембрана быстро деполяризуется таким образом, что разность между внутриклеточным потенциалом и потенциалом окружающей среды становится равной примерно 20 мВ, что обусловлено открытием быстрых потенциал-зависимых натриевых каналов [16, 17]. Во время фазы деполяризации (фаза 0) активируются и другие каналы, которые зависят от типа клетки, но особенно важным будет активируемый кальциевый ток. Кальциевый ток может вывести клетку в фазу деполяризации даже при отсутствии натриевых токов, что критично для сердечных клеток с патологией натриевых каналов. Токи 1К и 1Кг особенно важны для желудочковых кардиомиоцитов, в других типах сердечных клеток их экспрессии почти нет. Отличительной же чертой предсердных кардиомиоцитов

Phase 4

Na

Cal

to.f

to,s Ks Ki Kur

К. stow I ■

K.SkW'2

äs

Kl 1 КАГР '

т

100 ms

Ma

Ca.L ta,I

to .s Ks Кг Kur

K.s;ow2-

S5 *"

Kl

КАЧР -

100 rns

T

Рисуно к 2.2. Форма потенциала действия и формирующие ее ионные токи у взрослого человека желудочкового (слева) и предсердного (справа) миоцитов.

Представленная активация-инактивация токов показывает, что свойства потенциал-зависимых токов входного напряжения № и Са для предсердных и желудочковых миоцитов похожи. Но есть несколько типов калиевых (К) токов, способствующие различиям в формах потенциалов действия в фазе реполяризации [39].

(фаза 1), которая происходит за счет активации быстрых калиевых каналов. Затем следует плато (фаза 2), длительность которого зависит от типа кардиомиоцита [18] (Рисунок 2.2). На рисунке 2.2 приведены примеры потенциалов действия желудочкового и предсердного кардиомиоцитов. Из рисунка видно, что фаза плато у желудочкового кардиомиоцита гораздо длиннее, чем у предсердного, в том числе из-за кальциевого тока L-типа. Затем мембрана полностью реполяризуется до достижения потенциала покоя (фаза 3).

Качественно, в наиболее простом описании, анатомия потенциала действия представляет собой следующие фазы изменения потенциала: быстрый передний фронт, плато, рефрактерный хвост. В приложении к распространяющейся волне эта схема приведена на рис. 2.4.

Распространяющаяся по сердцу волна возбуждения (распространение или проведение потенциала действия) может быть зарегестрирована и представляет собой электрокардиограмму (ЭКГ). На рис. 2.3. представлен общий вид ЭКГ. Оказалось полезным выделение отдельных точек на ЭКГ, так, что в целом в этом описании она представляет собой PQRST - комплекс, а соотношение длительности отдельных интервалов имеет диагностическое значение.

г

— — 1 \

1

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

I 1

г 1

I

✓ > ч, / у

/ »-

г

1 г

1 1 1

1

1 ( >

/

Рисунок 2.3. Вид стандартной кардиограммы.

В совокупности электрическая активность желудочков сердца (деполяризация и реполяризация) могут быть описаны на ЭКГ как интервал QT. Изменения продолжительности интервала QT при заболевании, обычно выражающиеся в удлинении данного участка, служат признаком модуляции функциональных свойств ионных каналов или регуляторных белков во время наследственных или приобретенных заболеваний [19-21]. Как правило, при этом удлиняется ПД желудочковых кардиомиоцитов. Дисфункция ионных каналов может привести к нарушению нормального вида ПД, что часто в масштабах сердца является аритмогенным фактором. В частности, удлинение интервала QT увеличивает риск возникновения полиморфных желудочковых тахиаритмий, таких как torsades de pointes (TdP), и в конечном итоге может привести к фибрилляции желудочков или внезапной сердечной смерти.

2.1.3. Распространяющаяся волна возбуждения и реентри - "автоволновой вихрь '

Рисунок 2.4. Анатомия волны возбуждения.

Если каждый элемент среды описывается автоколебательной или ждущей кинетикой, и элементы среды локально связаны, в этой системе могут наблюдаться

распространяющиеся волны возбуждения. Если связь осуществляется за счет диффузии - получается система, описываемая уравнением (2.1). Диффузионная связь в чистом виде наблюдается в химических системах, таких как реакция Белоусова-Жаботинского (БЖ) [12] или CIMA-реакция [22-24]. Если рассматривается система, состоящая из дискретных элементов, такая, как сердечная или нервная ткань, связь между отдельными элементами, строго говоря, не диффузионная, однако, уравнение (2.1) пригодно для для описания системы, а D - в общем случае - коэффициент связи между элементами.

Поскольку функция f обычно сильно нелинейная, уравнение (2.1.) может не иметь аналитического решения. Таким образом, решение находится с помощью компьютерного моделирования. Однако, наиболее общие свойства возбудимой среды могут быть достаточно эффективно описаны с помощью модели клеточных автоматов. Первая такая модель, пригодная для описания волны реентри, вращающейся вокруг препятствия, была предложена N. Wiener [25]. Для случая односвязной среды без препятствий она была развита Балаховским [26], а затем модифицирована Кринским, который ввел ненулевой интервал времени возбуждения, т [27].

На рисунке 2.4. приведена "анатомия" волны возбуждения. Волна распространяется по возбудимой среде, и переменная u проходит следующие фазы: стационарное значение (возбудимость), резкий рост (передний фронт), состояние возбуждения (возбужденный участок способен возбудить примыкающие к нему), рефрактерность (время невозможности возбудить систему внешним стимулом) - опять стационарное

Рисунок 2.5. Источники волн в возбудимых средах: пейсмекеры и вращающиеся волны.

Слева: ведущий центр в реакции Белоусова-Жаботинского [2], справа: спиральные волны сАМР в системе Dyctiostellium Discoideum [3].

возбудимое состояние. Часто бывает полезно рефрактерность, в свою очередь, разделить на три фазы: абсолютная рефрактерность (полная невозможность ответа на внеший стимул), "окно уязвимости", относительная рефрактерность (ответ на стимул возможен, но амплитуда стимула должна быть существенно повышена). Уязвимое окно называется так, потому что стимул, нанесенный в эту фазу, вызывает асимметричный ответ: отсутствие распространения в направлении движения волны и распространение в обратную сторону. Уязвимым же этот интервал называется потому, что стимул, приложенный в эту фазу как правило вызывает возникновение пары вращающихся волн [28]. Анализ отдельных фаз возбуждения может быть эффективно проведен с помощью фазового портрета системы, представленного на рисунке 2.1.

Волна возбуждения может быть инициирована либо внешним стимулом, либо внутренней пертурбацией параметров. Если среда неоднородна по параметрам и элемент среды находится в автоколебательном режиме, то такой элемент может стать источником периодических волн возбуждения. Однако, для возбудимых сред известны и другие источники - вращающиеся волны, которые могут возникнуть и в совершенно однородной по параметрам среде. Рисунок 2.5 демонстрирует примеры таких источников: пейсмекеров или ведущих центров в БЖ реакции и спиральных вращающихся волн циклоАМФ в системе коллективных амеб Б. В1$со1ёвит.

Распространение волны вдоль

временно невозбудимого участка

Распространение цуга волн в среде с неоднородной рефрактерностью

Огибание цугом волн острого угла

Рисунок 2.6. Механизмы возникновения разрыва волны возбуждения.

Рисунок 2.7. Анатомия вращающейя волны возбуждения.

Вращающиеся спиральные волны могут возникать одним из трех способов, показанных схематически на рис. 2.6. Строго говоря, все представленные случаи сводятся к первому механизму: распространению волны вдоль временно невозбудимого участка среды. Однако, бывает удобно выделить случай два и три в самостоятельные явления. Случай три, образование разрыва на остром угле препятствия, как было показано в ряде работ, инициированных публикацией [29], в которой одним из соавторов был автор данной диссертации, является наиболее общим механизмом образования волн реентри в миокарде.

Похожие диссертационные работы по специальности «Биофизика», 03.01.02 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Агладзе Константин Игоревич, 2020 год

9. Список использованной литературы

1. Agladze, K.I., R.A. Kocharyan, and V.I. Krinsky, DIRECT OBSERVATION OF VORTEX RING COLLAPSE IN A CHEMICALLY ACTIVE MEDIUM. Physica D, 1991. 49(1-2): p. 1-4.

2. Zaikin, A.N. and A.M. Zhabotinsky, Concentration wave propagation in two-dimensional liquid-phase self-oscillating system. Nature, 1970. 225(5232): p. 535-7.

3. Palsson, E. and E.C. Cox, Origin and evolution of circular waves and spirals in Dictyostelium discoideum territories. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1996. 93(3): p. 1151-1155.

4. Prigogine, I., et al., Symmetry Breaking Instabilities in Dissipative Systems. II. The Journal of Chemical Physics, 1968. 48(4): p. 1695-1700.

5. Prigogine, I. and G. Nicolis, Biological order, structure and instabilities. Quarterly reviews of biophysics, 1971. 4(2): p. 107-48.

6. Nicolis, G.a.P., I., Self-Organization in Nonequilibrium Systems. 1977, New York: Wiley.

7. Haken, H., "Synergetics, an Introduction: Nonequilibrium Phase Transitions and Self-Organization in Physics, Chemistry, and Biology". 3 ed. 1983, New York: Springer-Verlag.

8. Murray, J., Mathematical Biology: I. An Introduction 3rd ed. Interdisciplinary Applied Mathematics. 2003, New York: Springer - Verlag. 803.

9. Франк-Каменецкий, Д., Теплопередача и диффузия в химической кинетике. 1967, Москва изд-во Наука.

10. Иваницкий Г.Р., К.В.И., Сельков Е.Е., Математическая биофизика клетки,

. Динамические модели в биофизике. 1978, Москва: Наука.

11. Zhabotinsky, A.M. and A.N. Zaikin, A UTOWA VE PROCESSES IN A DISTRIBUTED CHEMICAL SYSTEM. Journal of Theoretical Biology, 1973. 40(1): p. 45-+.

12. Жаботинский, А., Концентрационные автоколебания. 1974.

13. Rudy, G.K.a.Y., Basic mechanisms of cardiac impulse propagation and associated arrhythmias. Physiological reviews, 2004. 84: p. 431 - 488.

14. Ion Channels in the Heart: Cellular and Molecular Properties of Cardiac Na, Ca, andK Channels, in Comprehensive Physiology. p. 548-567.

15. Brandt, B.L., et al., Action potentials in the rat chromaffin cell and effects of acetylcholine. The Journal of Physiology, 1976. 263(3): p. 417-439.

16. Rudy, Y., The Cardiac Ventricular Action Potential, in Comprehensive Physiology. 2011. p. 531-547.

17. Stefan, K.A.b., et al., Ionic Mechanism of Action Potential Prolongation in Ventricular Myocytes From Dogs With Pacing-Induced Heart Failure. Circulation Research, 1996. 78(2): p. 262-273.

18. Ion Channels in the Heart: Cellular and Molecular Properties of Cardiac Na, Ca, and K Channels.

19. Saenen JB, V.C., Molecular aspects of the congenital and acquired Long QT Syndrome: clinical implications. Journal Mol Cell Cardiol., 2008. 44: p. 633-646.

20. Peter, J.S., C. Lia, and I. Roberto, Long-QTSyndrome. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 5(4): p. 868-877.

21. Tomaselli, G.F., et al., Sudden cardiac death in heart failure. The role of abnormal repolarization. Circulation, 1994. 90(5): p. 2534-2539.

22. Dekepper, P., J. Boissonade, and I.R. Epstein, CHLORITE IODIDE REACTION - A VERSA TILE SYSTEM FOR THE STUDY OF NONLINEAR DYNAMIC BEHA VIOR. Journal of Physical Chemistry, 1990. 94(17): p. 6525-6536.

23. Dekepper, P., et al., SYSTEMATIC DESIGN OF CHEMICAL OSCILLATORS -BA TCH OSCILLA TIONS AND SPA TIAL WA VE PA TTERNS IN CHLORITE OSCILLATING-SYSTEMS.8. Journal of Physical Chemistry, 1982. 86(2): p. 170-171.

24. Perraud, J.J., et al., STATIONARY TURING PATTERNS VERSUS TIME-DEPENDENT STRUCTURES IN THE CHLORITE IODIDE MALONIC-ACID REACTION. Physica A, 1992. 188(1-3): p. 1-16.

25. Roseblueth, A., Studies on flutter and fibrillation: II. The influence of artificial obstacles on experimental auricular flutter. American Heart Journal, 1947. 33(5): p. 677-684.

26. Балаховский, И., Некоторые режимы движения возбуждения в идеальной возбудимой ткани. Биофизика, 1965.

27. Кринский, В., Фибрилляция в возбудимых средах. Проблемы кибернетики, 1968.

28. C.F. Starmer, V.N.B., D.N. Romashko, M R. Stepanov, O.N. Makarova, V.I. Krinsky, Vulnerability in an excitable medium: analytical and numerical studies of initiating unidirectional propagation. Biophysical Journal, 1993. 65(5): p. 1775-1787.

29. Agladze, K., et al., ROTATING SPIRAL WAVES CREATED BY GEOMETRY. Science, 1994. 264(5166): p. 1746-1748.

30. Winfree, A T. and S.H. Strogatz, SINGULAR FILAMENTS ORGANIZE CHEMICAL WAVES IN 3 DIMENSIONS .4. WAVE TAXONOMY. Physica D, 1984. 13(1-2): p. 221-233.

31. Winfree, A T. and S.H. Strogatz, SINGULAR FILAMENTS ORGANIZE CHEMICAL WAVES IN 3 DIMENSIONS .2. TWISTED WAVES. Physica D, 1983. 9(1-2): p. 65-80.

32. Agladze, K., Light induced annihilation and shift of spiral waves. Chaos, 1996. 6(3): p. 328-333.

33. Cabo, C., et al., Vertex shedding as a precursor of turbulent electrical activity in cardiac muscle. Biophysical Journal, 1996. 70(3): p. 1105-1111.

34. Gray, R.A., et al., MECHANISMS OF CARDIAC FIBRILLATION. Science, 1995. 270(5239): p. 1222-1223.

35. Jalife, J., Ventricular fibrillation: Mechanisms of initiation and maintenance. Annual Review of Physiology, 2000. 62: p. 25-50.

36. Fitzhugh, R., Motion picture of nerve impulse propagation using computer animation. Journal of Applied Physiology, 1968. 25(5): p. 628-630.

37. FitzHugh, R., Mathematical models of excitation and propagation in nerve. Biological Engineering, ed. S. H.P. 1969, New York: McGraw Hill.

38. Nagumo J, A.S., Yoshizawa S. , An Active Pulse Transmission Line Simulating Nerve Axon. Proceedings of the IRE, 1962. 50: p. 2061-2070.

39. Aliev, R.R. and A.V. Panfilov, A simple two-variable model of cardiac excitation. Chaos Solitons & Fractals, 1996. 7(3): p. 293-301.

40. Korhonen, T., S.L. Hanninen, and P. Tavi, Model of Excitation-Contraction Coupling of Rat Neonatal Ventricular Myocytes. Biophysical Journal, 2009. 96(3): p. 11891209.

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

Luo, C.H. and Y. Rudy, A MODEL OF THE VENTRICULAR CARDIAC ACTION-POTENTIAL - DEPOLARIZATION, REPOLARIZATION, AND THEIR INTERACTION. Circulation Research, 1991. 68(6): p. 1501-1526. Majumder, R., et al., Islands of spatially discordant APD alternans underlie arrhythmogenesis by promoting electrotonic dyssynchrony in models offibrotic rat ventricular myocardium. Scientific Reports. 6.

Hou, L., et al., A Major Role for hERG in Determining Frequency of Reentry in Neonatal Rat Ventricular Myocyte Monolayer. Circulation Research. 107(12): p. 1503- +.

Drouhard, J.P. and F A. Roberge, REVISED FORMULATION OF THE HODGKIN-HUXLEY REPRESENTATION OF THE SODIUM CURRENT IN CARDIAC-CELLS. Computers and Biomedical Research, 1987. 20(4): p. 333-350. Hille, B., Ionic channels in excitable membranes. Current problems and biophysical approaches. Biophysical Journal, 1978. 22(2): p. 283-294.

Hodgkin, A.L. and B. Katz, The effect of sodium ions on the electrical activity of the giant axon of the squid. The Journal of Physiology, 1949. 108(1): p. 37-77. Pandit, S.V., et al., A mathematical model of action potential heterogeneity in adult rat left ventricular myocytes. Biophysical Journal, 2001. 81(6): p. 3029-3051. Zaikin, A.N. and A.M. Zhabotinsky, CONCENTRATION WAVE PROPAGATION IN 2-DIMENSIONAL LIQUID-PHASE SELF-OSCILLATING SYSTEM. Nature, 1970. 225(5232): p. 535-+.

Field, R.J. and AT. Winfree, TRAVELING WAVES OF CHEMICAL ACTIVITY IN THE ZAIKIN-ZHABOTINSKII-WINFREE REAGENT. Journal of Chemical Education, 1979. 56(11): p. 754-754.

Showalter, K., R.M. Noyes, and H. Turner, CHEMICAL OSCILLATIONS AND INSTABILITIES .32. DETAILED STUDIES OF TRIGGER WAVE INITIATION AND DETECTION. Journal of the American Chemical Society, 1979. 101(25): p. 74637469.

Field, R.J., E. Koros, and R.M. Noyes, J. Am. Chem. Soc., 1972. 94: p. 8649. Lefever, R., G. Nicolis, and I. Prigogine, J. Chem. Phys., 1967. 47: p. 1047. Zhabotinsky Anatol, M., A history of chemical oscillations and waves. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 1991. 1(4): p. 379-386. Lillie, R.S., Biol. Rev., 1936. 11: p. 181.

Agladze, K. and O. Steinbock, Waves and vortices of rust on the surface of corroding steel. Journal of Physical Chemistry A, 2000. 104(44): p. 9816-9819. Agladze, K., S. Thouvenel-Romans, and O. Steinbock, The initiation of traveling pulses from self-organized oscillations in the iron-nitric acid system. Physical Chemistry Chemical Physics, 2001. 3(7): p. 1326-1330.

Белоусов, Б., Периодически действующая реакция и её механизм. Сборник

рефератов по радиационной медицине за 1958 г. 1959, М: Медгиз.

Rovinsky, A.B. and A.M. Zhabotinsky, MECHANISM AND MATHEMATICAL-

MODEL OF THE OSCILLATING BROMATE-FERROIN-BROMOMALONIC ACID

REACTION. Journal of Physical Chemistry, 1984. 88(25): p. 6081-6084.

Field Richard, J., Limit cycle oscillations in the reversible Oregonator. The Journal of

Chemical Physics, 1975. 63(6): p. 2289-2296.

Field, R.J. and R.M. Noyes, J. Chem. Phys., 1974. 60: p. 1877.

Tyson, J.J., On the appearance of chaos in a model of the Belousov reaction. Journal

of Mathematical Biology, 1977. 5(4): p. 351-362.

Tyson John, J., Relaxation oscillations in the revised Oregonator. The Journal of Chemical Physics, 1984. 80(12): p. 6079-6082.

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

Nagy-Ungvarai, Z., et al., Experimental study of the chemical waves in the cerium-catalyzed Belousov-Zhabotinskii reaction. 2. Concentration profiles. The Journal of Physical Chemistry, 1989. 93(7): p. 2760-2764.

Winfree, A.T., Spiral waves of chemical activity. Science (New York, N.Y.), 1972. 175(4022): p. 634-6.

Kuhnert, L., A NEW OPTICAL PHOTOCHEMICAL MEMORY DEVICE IN A LIGHT-SENSITIVE CHEMICAL ACTIVE MEDIUM. Nature, 1986. 319(6052): p. 393-394.

Kuhnert, L., K.I. Agladze, and V.I. Krinsky, IMAGE-PROCESSING USING LIGHTSENSITIVE CHEMICAL WAVES. Nature, 1989. 337(6204): p. 244-247. Agladze, K., S. Obata, and K. Yoshikawa, PHASE-SHIFT AS A BASIS OF IMAGE-PROCESSING IN OSCILLA TING CHEMICAL MEDIUM. Physica D, 1995. 84( 1 -2): p. 238-245.

Krinsky, V.I. and K.I. Agladze, INTERACTION OF ROTATING WAVES IN AN ACTIVE-CHEMICAL MEDIUM. Physica D, 1983. 8(1-2): p. 50-56. Kuhnert, L., PHOTOCHEMICAL MANIPULATION OF CHEMICAL WAVES. Naturwissenschaften, 1986. 73(2): p. 96-97.

Agladze, K., et al., Propagation of chemical waves at the boundary of excitable and inhibitory fields. Journal of Physical Chemistry A, 2000. 104(29): p. 6677-6680. Agladze, K., et al., Fast selective elimination of spiral waves. Journal of Physical Chemistry, 1996. 100(48): p. 18764-18769.

Biktashev, V.N. and A.V. Holden, RESONANT DRIFT OF AUTOWAVE VORTICES IN 2 DIMENSIONS AND THE EFFECTS OF BOUNDARIES AND INHOMOGENEITIES. Chaos Solitons & Fractals, 1995. 5(3-4): p. 575-622. Yamaguchi, T., et al., GEL SYSTEMS FOR THE BELOUSOV-ZHABOTINSKII REACTION. Journal of Physical Chemistry, 1991. 95(15): p. 5831-5837. Winfree, A.T., Scroll-shaped waves of chemical activity in three dimensions. Science (New York, N.Y.), 1973. 181(4103): p. 937-9.

Agladze, K.I., et al., 3-DIMENSIONAL VORTEX WITH A SPIRAL FILAMENT IN A

CHEMICALLY ACTIVE MEDIUM. Physica D, 1989. 39(1): p. 38-42.

Kuhnert, L., CHEMICAL-STRUCTURE FORMATION IN SOLID GELS BASED ON

THEBELOUSOV-ZABOTINSKIJ-REACTION. Naturwissenschaften, 1983. 70(9): p.

464-466.

Agladze, K., et al., Chemical diode. Journal of Physical Chemistry, 1996. 100(33): p. 13895-13897.

Allessie, M.A., F.I. Bonke, and F.J. Schopman, Circus movement in rabbit atrial muscle as a mechanism of tachycardia. II. The role of nonuniform recovery of excitability in the occurrence of unidirectional block, as studied with multiple microelectrodes. Circulation Research, 1976. 39(2): p. 168-177. Fast, V.G. and A.M. Pertsov, Shift and Termination of Functional Reentry in Isolated Ventricular Preparations with Quinidine-Induced Inhomogeneity in Refractory Period. Journal of Cardiovascular Electrophysiology, 1992. 3(3): p. 255-265. Davidenko, J.M., et al., STATIONARY AND DRIFTING SPIRAL WAVES OF EXCITATION IN ISOLATED CARDIAC-MUSCLE. Nature, 1992. 355(6358): p. 349351.

Watson, S.A., C.M. Terracciano, and F. Perbellini, Myocardial Slices: an Intermediate Complexity Platform for Translational Cardiovascular Research. Cardiovascular Drugs and Therapy. 33(2): p. 239-244.

Watson, S.A., et al., Preparation of viable adult ventricular myocardial slices from large and small mammals. Nature Protocols. 12(12): p. 2623-2639.

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

Rohr, S., D.M. Scholly, and A.G. Kleber, PATTERNED GROWTH OF NEONATAL RA T-HEART CELLS IN CULTURE - MORPHOLOGICAL AND ELECTROPHYSIOLOGICAL CHARACTERIZATION. Circulation Research, 1991. 68(1): p. 114-130.

Claycomb, W.C., Lanson, N. A. , Stallworth, B. S. et al. , HL-1 cells: A cardiac muscle cell line that contracts and retains phenotypic characteristics of the adult cardiomyocyte». Proceedings of the National Academy of Sciences, 1998. 95(6): p. 2979-2984.

Rohr, S., A.G. Kleber, and J.P. Kucera, Optical Recording of Impulse Propagation in

Designer Cultures: Cardiac Tissue Architectures Inducing Ultra-Slow Conduction.

Trends in Cardiovascular Medicine, 1999. 9(7): p. 173-179.

Fast, V.G. and A.G. Kleber, Role of wavefront curvature in propagation of cardiac

impulse. Cardiovascular Research, 1997. 33(2): p. 258-271.

Fast, V.G. and A.G. Kleber, BLOCK OF IMPULSE PROPAGATION AT AN

ABRUPT TISSUE EXPANSION - EVALUATION OF THE CRITICAL STRAND

DIAMETER IN 2-DIMENSIONAL AND 3-DIMENSIONAL COMPUTER-MODELS.

Cardiovascular Research, 1995. 30(3): p. 449-459.

Fast, V.G. and A.G. Kleber, CARDIAC TISSUE GEOMETRY AS A DETERMINANT OF UNIDIRECTIONAL CONDUCTION BLOCK - ASSESSMENT OF MICROSCOPIC EXCITA TION SPREAD BY OPTICAL MAPPING IN PA TTERNED CELL-CULTURES AND IN A COMPUTER-MODEL. Cardiovascular Research, 1995. 29(5): p. 697-707.

Tung, L. and J. Cysyk, Imaging fibrillation/defibrillation in a dish. Journal of Electrocardiology, 2007. 40(6): p. S62-S65.

Tung, L. and Y. Zhang, Optical imaging of arrhythmias in tissue culture. Journal of Electrocardiology, 2006. 39(4): p. S2-S6.

Bursac, N., F. Aguel, and L. Tung, Multiarm spirals in a two-dimensional cardiac substrate. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004. 101(43): p. 15530-15534.

Bursac, N., et al., Novel anisotropic engineered cardiac tissues: Studies of electrical propagation. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2007. 361(4): p. 847-853.

Bursac, N., et al., Cardiomyocyte cultures with controlled macroscopic anisotropy - A model for functional electrophysiological studies of cardiac muscle. Circulation Research, 2002. 91(12): p. E45-E54.

Chung, C.-Y., H. Bien, and E. Entcheva, The role of cardiac tissue alignment in modulating electrical function. Journal of Cardiovascular Electrophysiology, 2007. 18(12): p. 1323-1329.

Entcheva, E., et al., Contact fluorescence imaging of reentry in monolayers of cultured neonatal rat ventricular myocytes. Journal of Cardiovascular Electrophysiology, 2000. 11(6): p. 665-676.

Place, E.S., et al., Synthetic polymer scaffolds for tissue engineering. Chemical Society Reviews, 2009. 38(4): p. 1139-1151.

Pan, T., et al., 3D Bioplotting of Gelatin/Alginate Scaffolds for Tissue Engineering: Influence of Crosslinking Degree and Pore Architecture on Physicochemical Properties. Journal of Materials Science & Technology. 32(9): p. 889-900. Zhao, G., et al., Recent Advances in Electrospun Nanofibrous Scaffolds for Cardiac Tissue Engineering. Advanced Functional Materials. 25(36): p. 5726-5738. Santoro, M., et al., Poly(lactic acid) nanofibrous scaffolds for tissue engineering. Advanced Drug Delivery Reviews. 107: p. 206-212.

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

Soffer, L., et al., Silk-based electrospun tubular scaffolds for tissue-engineered vascular grafts. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 2008. 19(5): p. 653-664.

Lu, Q., et al., Nanofibrous architecture of silk fibroin scaffolds prepared with a mild self-assembly process. Biomaterials. 32(4): p. 1059-1067.

Teplenin, A., et al., Functional Analysis of the Engineered Cardiac Tissue Grown on Recombinant Spidroin Fiber Meshes. Plos One. 10(3).

Teo, W.E. and S. Ramakrishna, A review on electrospinning design andnanofibre assemblies. Nanotechnology, 2006. 17(14): p. R89-R106. Kareen, L.K.C., et al., Heart Regeneration with Engineered Myocardial Tissue. Annual Review of Biomedical Engineering. 16(1): p. 1-28.

Laflamme, M.A. and C.E. Murry, Heart regeneration. Nature. 473(7347): p. 326-335. Bird, S.D., et al., The human adult cardiomyocytephenotype. Cardiovascular Research, 2003. 58(2): p. 423-434.

Laflamme, M.A. and C.E. Murry, Regenerating the heart. Nature Biotechnology, 2005. 23(7): p. 845-856.

Takahashi, K., et al., Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell, 2007. 131(5): p. 861-872.

Takahashi, K. and S. Yamanaka, Induction ofpluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell, 2006. 126(4): p. 663676.

Agladze, K.I. and P. Dekepper, INFLUENCE OF ELECTRIC-FIELD ON ROTATING SPIRAL WAVES IN THE BELOUSOV-ZHABOTINSKY REACTION. Journal of Physical Chemistry, 1992. 96(13): p. 5239-5242.

Agladze, K., C. Dupont, and V. Krinsky, Tunneling chemical waves. Nuovo Cimento

Della Societa Italiana Di Fisica D-Condensed Matter Atomic Molecular and Chemical

Physics Fluids Plasmas Biophysics, 1998. 20(1): p. 103-111.

Orlova, Y., et al., Electrospun nanofibers as a tool for architecture control in

engineered cardiac tissue. Biomaterials. 32(24): p. 5615-5624.

Pertsov, A.M., A.V. Panfilov, and F.U. Medvedeva, INSTABILITIES OF

AUTOWAVES IN EXCITABLE MEDIA ASSOCIATED WITH CRITICAL

CURVATURE PHENOMENON. Biofizika, 1983. 28(1): p. 100-102.

Krinsky, V.I., MATHEMATICAL-MODELS OF CARDIAC-ARRHYTHMIAS (SPIRAL

WAVES). Pharmacology & Therapeutics Part B-General & Systematic Pharmacology,

1978. 3(4): p. 539-555.

ИС, Б., Некоторые режимы движения возбуждения в идеальной возбудимой ткани. Биофизика, 1965.

Agladze, K.I., A.V. Panfilov, and A.N. Rudenko, NONSTATIONARY ROTATION OF SPIRAL WAVES - 3-DIMENSIONAL EFFECT. Physica D, 1988. 29(3): p. 409-415. Agladze, K.I., V.A. Davydov, and A.S. Mikhailov, OBSERVATION OF A HELICAL-WAVE RESONANCE IN AN EXCITABLE DISTRIBUTED MEDIUM. Jetp Letters, 1987. 45(12): p. 767-770.

Schutze, J., O. Steinbock, and SC. Muller, FORCED VORTEX INTERACTION AND ANNIHILATION IN AN ACTIVE MEDIUM. Nature, 1992. 356(6364): p. 45-47. Agladze, K.I., et al., Birth and death of spiral waves. Spatio-Temporal Patterns in Nonequilibrium Complex Systems, ed. P.E. Cladis and P. PalffyMuhoray. Vol. 21. 1995.437-443.

Foerster, P., S.C. Muller, and B. Hess, Curvature and spiral geometry in aggregation patterns of Dictyostelium discoideum. Development, 1990. 109(1): p. 11-16.

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

Gross, J.D., M.J. Peacey, and D.J. Trevan, SIGNAL EMISSION AND SIGNAL

PROPAGATION DURING EARLY AGGREGATION IN DICTYOSTELIUM-

DISCOIDEUM. Journal of Cell Science, 1976. 22(3): p. 645-656.

Siegert, F. and C.J. Weijer, SPIRAL AND CONCENTRIC WAVES ORGANIZE

MULTICELLULARDICTYOSTELIUM MOUNDS. Current Biology, 1995. 5(8): p.

937-943.

Wallace, A.G. and R.J. Mignone, Physiologic evidence concerning the re-entry hypothesis for ectopic beats. American heart journal, 1966. 72(1): p. 60-70. Allessie, M.A., F.I.M. Bonke, and F.J.G. Schopman, CIRCUS MOVEMENT IN RABBIT ATRIAL MUSCLE AS A MECHANISM OF TACHYCARDIA .2. ROLE OF NONUNIFORM RECOVERY OF EXCITABILITY IN OCCURRENCE OF UNIDIRECTIONAL BLOCK, AS STUDIED WITH MULTIPLE MICROELECTRODES. Circulation Research, 1976. 39(2): p. 168-177. Kuramoto, Y. and T. Yamada, PATTERN FORMATION IN OSCILLATORY CHEMICAL-REACTIONS. Progress of Theoretical Physics, 1976. 56(3): p. 724-740. Zeldovich, J.B. and B.A. Malomed, TOPOLOGICAL INVARIANTS AND STRINGS IN SELF-OSCILLATORY SYSTEMS. Doklady Akademii Nauk Sssr, 1980. 254(1): p. 92-94.

Krinsky, V.I. and B.A. Malomed, QUASI-HARMONIC ROTATING WAVES IN DISTRIBUTED ACTIVE SYSTEMS. Physica D, 1983. 9(1-2): p. 81-95. Jahnke, W., C. Henze, and AT. Winfree, CHEMICAL VORTEX DYNAMICS IN 3-DIMENSIONAL EXCITABLE MEDIA. Nature, 1988. 336(6200): p. 662-665. Panfilov, A.V. and A.M. Pertsov, VORTEX RING IN 3-DIMENSIONAL ACTIVE MEDIUM DESCRIBED BY REACTION DIFFUSION-EQUATIONS. Doklady Akademii Nauk Sssr, 1984. 274(6): p. 1500-1503.

Panfilov, A.V. and A.N. Rudenko, 2 REGIMES OF THE SCROLL RING DRIFT IN THE 3-DIMENSIONAL ACTIVE MEDIA. Physica D, 1987. 28(1-2): p. 215-218. Panfilov, A.V., A.N. Rudenko, and V.I. Krinsky, TURBULENT RINGS IN 3-DIMENSIONAL ACTIVE MEDIA WITH DIFFUSION BY 2 COMPONENTS. Biofizika, 1986. 31(5): p. 850-854.

Keener, J.P. and J.J. Tyson, THE MOTION OF UNTWISTED UNTORTED SCROLL WAVES IN BELOUSOV-ZHABOTINSKY REAGENT. Science, 1988. 239(4845): p. 1284-1286.

Welsh, B.J., J. Gomatam, and A.E. Burgess, 3-DIMENSIONAL CHEMICAL WAVES IN THEBELOUSOV-ZHABOTINSKIIREACTION. Nature, 1983. 304(5927): p. 611614.

Panfilov, A.V., R.R. Aliev, and A.V. Mushinsky, AN INTEGRAL INVARIANT FOR SCROLL RINGS IN A REACTION DIFFUSION SYSTEM. Physica D, 1989. 36(1-2): p. 181-188.

Foerster, P., SC. Muller, and B. Hess, CURVATURE AND PROPAGATION VELOCITY OF CHEMICAL WAVES. Science, 1988. 241(4866): p. 685-687. Greenberg, J.M., AXI-SYMMETRIC, TIME-PERIODIC SOLUTIONS OF REACTION-DIFFUSION EQUATIONS. Siam Journal on Applied Mathematics, 1978. 34(2): p. 391-397.

Agladze, K.I., V.I. Krinsky, and A.M. Pertsov, CHAOS IN THE NON-STIRRED BELOUSOV ZHABOTINSKY REACTION IS INDUCED BY INTERACTION OF WAVES AND STATIONARY DISSIPATIVE STRUCTURES. Nature, 1984. 308(5962): p. 834-835.

Krinskii, V.I., [Excitationpropagation in nonhomogenous medium (actions analogous to heart fibrillation)]. Biofizika, 1966. 11(4): p. 676-83.

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

Rossler, O.E. and K. Wegmann, CHAOS IN ZHABOTINSKIIREACTION. Nature, 1978. 271(5640): p. 89-90.

Zykov, V.S., KINEMATICS OF STATIONARY CIRCULATION IN EXCITABLE MEDIUM. Biofizika, 1980. 25(2): p. 319-322.

Zykov, V.S., CYCLOIDAL CIRCULATION OF SPIRAL WAVES IN EXCITABLE MEDIUM. Biofizika, 1986. 31(5): p. 862-865.

Pertsov, A.M., R.N. Khramov, and A.V. Panfilov, SHARP INCREASE IN A REFRACTORY PERIOD INDUCED BY OXIDATION SUPPRESSION IN A FITZ HUE-NAGUMO MODEL - NEW MECHANISM OF ANTIARRHYTHMIC DRUG-ACTION. Biofizika, 1981. 26(6): p. 1077-1081. Cabo, C., et al., WAVE-FRONT CURVATURE AS A CAUSE OF SLOW CONDUCTION AND BLOCK IN ISOLATED CARDIAC-MUSCLE. Circulation Research, 1994. 75(6): p. 1014-1028.

Toth, A., V. Gaspar, and K. Showalter, SIGNAL TRANSMISSION IN CHEMICAL-

SYSTEMS - PROPAGATION OF CHEMICAL WA VES THROUGH CAPILLARY

TUBES. Journal of Physical Chemistry, 1994. 98(2): p. 522-531.

Agladze, K., et al., Interaction between spiral and paced waves in cardiac tissue.

American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 2007. 293(1): p.

H503-H513.

Vaquero, M., D. Calvo, and J. Jalife, Cardiac fibrillation: From ion channels to rotors in the human heart. Heart Rhythm, 2008. 5(6): p. 872-879. Carmeliet, E., et al., New approaches to antiarrhythmic therapy: emerging therapeutic applications of the cell biology of cardiac arrhythmias. Cardiovascular Research, 2001. 52(3): p. 345-360.

Fast, V.G. and R.E. Ideker, Simultaneous optical mapping of transmembrane potential and intracellular calcium in myocyte cultures. Journal of Cardiovascular Electrophysiology, 2000. 11(5): p. 547-556.

Isomura, A., et al., Eliminating spiral waves pinned to an anatomical obstacle in cardiac myocytes by high-frequency stimuli. Physical Review E, 2008. 78(6). Rohr, S. and B.M. Salzberg, MULTIPLE-SITE OPTICAL-RECORDING OF TRANSMEMBRANE VOLTAGE (MSORTV) IN PATTERNED GROWTH HEART CELL-CULTURES - ASSESSING ELECTRICAL BEHA VIOR, WITH MICROSECOND RESOLUTION, ON A CELLULAR AND SUBCELLULAR SCALE. Biophysical Journal, 1994. 67(3): p. 1301-1315.

Banghart, M.R., et al., Photochromic Blockers of Voltage-Gated Potassium Channels. Angewandte Chemie-International Edition, 2009. 48(48): p. 9097-9101. Sjulson, L. and G. Miesenboeck, Photocontrol of neural activity: Biophysical mechanisms and performance in vivo. Chemical Reviews, 2008. 108(5): p. 15881602.

Bartels, E., N.H. Wassermann, and BF. Erlanger, PHOTOCHROMIC ACTIVATORS

OF ACETYLCHOLINE RECEPTOR. Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America, 1971. 68(8): p. 1820-+.

Krouse, M.E., et al., RATES AND EQUILIBRIA FOR A PHOTOISOMERIZABLE

ANTAGONIST AT THE ACETYLCHOLINE-RECEPTOR OF ELECTROPHORUS

ELECTROPLAQUES. Journal of General Physiology, 1985. 86(2): p. 235-256.

Nargeot, J., et al., A PHOTOISOMERIZABLE MUSCARINIC ANTAGONIST -

STUDIES OF BINDING AND OF CONDUCTANCE RELAXA TIONS IN FROG-

HEART. Journal of General Physiology, 1982. 79(4): p. 657-678.

Fortin, D.L., et al., Photochemical control of endogenous ion channels and cellular

excitability. Nature Methods, 2008. 5(4): p. 331-338.

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

Banghart, M., et al., Light-activated ion channels for remote control of neuronal firing. Nature Neuroscience, 2004. 7(12): p. 1381-1386. Lee, C.T., K.A. Smith, and T.A. Hatton, Photocontrol of protein folding: The interaction of photosensitive surfactants with bovine serum albumin. Biochemistry, 2005. 44(2): p. 524-536.

Magome, N. and K. Agladze, Patterning and excitability control in cardiomyocyte tissue culture. Physica D-Nonlinear Phenomena. 239(16): p. 1560-1566. Estevez-Torres, A., et al., Sequence-independent and reversible photocontrol of transcription/expression systems using a photosensitive nucleic acid binder. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009. 106(30): p. 12219-12223.

Diguet, A., et al., Photomanipulation of a Droplet by the Chromocapillary Effect. Angewandte Chemie-International Edition, 2009. 48(49): p. 9281-9284. Le Ny, A.-L.M. and C.T. Lee, Jr., Photoreversible DNA condensation using light-responsive surfactants. Journal of the American Chemical Society, 2006. 128(19): p. 6400-6408.

Hayashita, T., et al., EFFECT OF STRUCTURAL VARIATION WITHIN CATIONIC AZO-SURFACTANT UPON PHOTORESPONSIVE FUNCTION IN AQUEOUS-SOLUTION. Colloid and Polymer Science, 1994. 272(12): p. 1611-1619. Trotter, P.J., AZO DYE TAUTOMERIC STRUCTURES DETERMINED BY LASER-RAMAN SPECTROSCOPY. Applied Spectroscopy, 1977. 31(1): p. 30-35. Matazo, D.R.C., et al., Azo-hydrazone tautomerism inprotonatedaminoazobenzenes: Resonance Raman spectroscopy and quantum-chemical calculations. Journal of Physical Chemistry A, 2008. 112(19): p. 4437-4443.

Magome, N., et al., Photo-Control of Excitation Waves in Cardiomyocyte Tissue Culture. Tissue Engineering Part A. 17(21-22): p. 2703-2711. Horning, M., et al., Liberation of a pinned spiral wave by a single stimulus in excitable media. Physical Review E, 2009. 79(2).

Fenton, F.H., et al., Termination of Atrial Fibrillation Using Pulsed Low-Energy Far-Field Stimulation. Circulation, 2009. 120(6): p. 467-4.

Vacanti, C.A., History of tissue engineering and a glimpse into its future. Tissue Engineering, 2006. 12(5): p. 1137-1142.

Isenberg, B.C. and J.Y. Wong, Building structure into engineered tissues. Materials Today, 2006. 9(12): p. 54-60.

Akins, R.E., et al., Cardiac organogenesis in vitro: Reestablishment of three-dimensional tissue architecture by dissociated neonatal rat ventricular cells. Tissue Engineering, 1999. 5(2): p. 103-118.

Bourgeois, E.B., et al., Change in Conduction Velocity due to Fiber Curvature in Cultured Neonatal Rat Ventricular Myocytes. Ieee Transactions on Biomedical Engineering, 2009. 56(3): p. 855-861.

Whitesides, G.M., et al., Soft lithography in biology and biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering, 2001. 3: p. 335-373.

Tan, J.L., J. Tien, and C.S. Chen, Microcontactprinting of proteins on mixed self-assembled monolayers. Langmuir, 2002. 18(2): p. 519-523. Fast, V.G. and AG. Kleber, ANISOTROPIC CONDUCTION IN MONOLAYERS OF NEONATAL RAT-HEART CELLS CULTURED ON COLLAGEN SUBSTRATE. Circulation Research, 1994. 75(3): p. 591-595.

Akhyari, P., et al., Myocardial tissue engineering: the extracellular matrix. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery, 2008. 34(2): p. 229-241.

177. Beachley, V. and X. Wen, Polymer nanofibrous structures: Fabrication, biofunctionalization, and cell interactions. Progress in Polymer Science. 35(7): p. 868-892.

178. Bouten, C.V.C., et al., Substrates for cardiovascular tissue engineering. Advanced Drug Delivery Reviews. 63(4-5): p. 221-241.

179. Prabhakaran, M.P., et al., Biomimetic material strategies for cardiac tissue engineering. Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications. 31(3): p. 503-513.

180. Chen, Q.-Z., et al., Biomaterials in cardiac tissue engineering: Ten years of research survey. Materials Science & Engineering R-Reports, 2008. 59(1-6): p. 1-37.

181. Shi, J., L. Wang, and Y. Chen, Microcontact Printing and Lithographic Patterning of Electrospun Nanofibers. Langmuir, 2009. 25(11): p. 6015-6018.

182. Shi, J., et al., Incorporating Protein Gradient into Electrospun Nanofibers As Scaffolds for Tissue Engineering. Acs Applied Materials & Interfaces. 2(4): p. 10251030.

183. Li, D., Y.L. Wang, and Y.N. Xia, Electrospinning of polymeric and ceramic nanofibers as uniaxially aligned arrays. Nano Letters, 2003. 3(8): p. 1167-1171.

184. Li, D. and Y.N. Xia, Electrospinning of nanofibers: Reinventing the wheel? Advanced Materials, 2004. 16(14): p. 1151-1170.

185. Moisenovich, M.M., et al., In vitro and in vivo biocompatibility studies of a recombinant analogue of spidroin 1 scaffolds. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 96A(1): p. 125-131.

186. Moisenovich, M.M., et al., Tissue regeneration in vivo within recombinant spidroin 1 scaffolds. Biomaterials. 33(15): p. 3887-3898.

187. Bogush, V.G., et al., Recombinant Analogue of Spidroin 2 for Biomedical Materials. Doklady Biochemistry and Biophysics. 441(1): p. 276-279.

188. Bogush, V.G., et al., Obtaining, purification and silking of a recombinant analog of spidroin 1. Biotekhnologiya, 2006(4): p. 3-12.

189. Kundu, B., et al., Isolation and processing of silk proteins for biomedical applications. International Journal of Biological Macromolecules. 70: p. 70-77.

190. Kehat, I., et al., Electromechanical integration of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. Nature Biotechnology, 2004. 22(10): p. 1282-1289.

191. Gepstein, L., et al., In Vivo Assessment of the Electrophysiological Integration and Arrhythmogenic Risk of Myocardial Cell Transplantation Strategies. Stem Cells. 28(12): p. 2151-2161.

192. Shiba, Y., et al., Human ES-cell-derived cardiomyocytes electrically couple and suppress arrhythmias in injured hearts. Nature. 489(7415): p. 322-+.

193. Moretti, A., et al., Patient-Specific Induced Pluripotent Stem-Cell Models for Long-QTSyndrome. New England Journal of Medicine. 363(15): p. 1397-1409.

194. Itzhaki, I., et al., Modelling the long QTsyndrome with induced pluripotent stem cells. Nature. 471(7337): p. 225-U113.

195. Yazawa, M., et al., Using induced pluripotent stem cells to investigate cardiac phenotypes in Timothy syndrome. Nature. 471(7337): p. 230-U120.

196. Jung, C.B., et al., Dantrolene rescues arrhythmogenic RYR2 defect in apatient-specific stem cell model of catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia. Embo Molecular Medicine. 4(3): p. 180-191.

197. Ma, D., et al., Generation of patient-specific induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes as a cellular model of arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. European Heart Journal. 34(15): p. 1122-1133.

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

Ebert, A.D. and C.N. Svendsen, Human stem cells and drug screening: opportunities

and challenges. Nature Reviews Drug Discovery. 9(5): p. 1-6.

He, J.Q., et al., Human embryonic stem cells develop into multiple types of cardiac

myocytes - Action potential characterization. Circulation Research, 2003. 93(1): p.

32-39.

Zhang, J., et al., Functional Cardiomyocytes Derived From Human Induced

Pluripotent Stem Cells. Circulation Research, 2009. 104(4): p. E30-E41.

Zwi, L., et al., Cardiomyocyte Differentiation of Human Induced Pluripotent Stem

Cells. Circulation, 2009. 120(15): p. 1513-1523.

Ma, J., et al., High purity human-induced pluripotent stem cell-derived

cardiomyocytes: electrophysiological properties of action potentials and ionic

currents. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 301(5):

p. H2006-H2017.

Mehta, A., et al., Pharmacological response of human cardiomyocytes derived from virus-free induced pluripotent stem cells. Cardiovascular Research. 91(4): p. 577-586. Satin, J., et al., Calcium handling in human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. Stem Cells, 2008. 26(8): p. 1961-1972.

Burridge, P.W., et al., A Universal System for Highly Efficient Cardiac Differentiation of Human Induced Pluripotent Stem Cells That Eliminates Interline Variability. Plos One. 6(4).

Lee, P., et al., Simultaneous Voltage and Calcium Mapping of Genetically Purified Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Myocyte Monolayers. Circulation Research. 110(12): p. 1556-1563.

Kadota, S., et al., Development of a reentrant arrhythmia model in human pluripotent stem cell-derived cardiac cell sheets. European Heart Journal. 34(15): p. 1147-1156. El-Sherif, N., et al., Mechanism of arrhythmogenicity of the short-long cardiac sequence that precedes ventricular tachyarrhythmias in the long QT syndrome. Journal of the American College of Cardiology, 1999. 33(5): p. 1415-1423. Jervell, A. and F. Langenielsen, CONGENITAL DEAF-MUTISM, FUNCTIONAL HEART DISEASE WITH PROLONGATION OF THE Q-T INTERVAL, AND SUDDEN DEATH. American heart journal, 1957. 54(1): p. 59-68. Schwartz, P.J., M. Periti, and A. Malliani, LONG Q-T SYNDROME. American heart journal, 1975. 89(3): p. 378-390.

Campuzano, O., et al., Genetic basis of atrial fibrillation. Genes & Diseases. 3(4): p. 257-262.

Horbach, S.P.J.M. and W. Halffman, The ghosts of HeLa: How cell line misidentification contaminates the scientific literature. Plos One. 12(10). Matsa, E., et al., Drug evaluation in cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells carrying a long QT syndrome type 2 mutation. European Heart Journal. 32(8): p. 952-962.

Passier, R., L.W. van Laake, and C.L. Mummery, Stem-cell-based therapy and lessons from the heart. Nature, 2008. 453(7193): p. 322-329. Gintant, G., P.T. Sager, and N. Stockbridge, Evolution of strategies to improve preclinical cardiac safety testing. Nature Reviews Drug Discovery. 15(7): p. 457-471. Klimanskaya, I., N. Rosenthal, and R. Lanza, Derive and conquer: sourcing and differentiating stem cells for therapeutic applications. Nature Reviews Drug Discovery, 2008. 7(2): p. 131-142.

Mauritz, C., et al., Generation offunctional murine cardiac myocytes from induced pluripotent stem cells. Circulation, 2008. 118(5): p. 507-517.

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

234

235

236

Kang, C., et al., Human Organotypic Cultured Cardiac Slices: New Platform For

High Throughput Preclinical Human Trials. Scientific Reports. 6.

Agladze, K.I. and V.I. Krinsky, MULTI-ARMED VORTICES IN AN ACTIVE-

CHEMICAL MEDIUM. Nature, 1982. 296(5856): p. 424-426.

Gerisch, G., PERIODIC SIGNALS CONTROL PATTERN FORMATION IN CELL

AGGREGATIONS. Naturwissenschaften, 1971. 58(9): p. 430-&.

Siegert, F. and C.J. Weijer, 3-DIMENSIONAL SCROLL WAVES ORGANIZE

DICTYOSTELIUMSLUGS. Proceedings of the National Academy of Sciences of the

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.