Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Vitacoin

Заплатки для сердца совершенствуются

Ученые выращивают клетки сердца в лабораторных условиях

«Научная Россия»

Выращенный в лаборатории участок сердечной мышцы и других клеток может помочь в восстановлении после сердечного приступа, – пишет sciencemag.org.

Каждые 40 секунд у кого-то в Соединенных Штатах случается сердечный приступ, при котором до миллиарда клеток сердечной мышцы задыхаются. Эти потерянные клетки никогда не восстанавливаются, оставляя почти 800 000 человек в год инвалидами на всю жизнь, если им удается выжить.  

За последние 20 лет Ненад Бурсак – биоинженер из Университета Дьюка в Дареме (штат Северная Каролина) разработал «заплатку», которая могла бы заменить клетки, разрушенные сердечным приступом. Он обнаружил, что у грызунов эта «заплатка» может подключаться к системе кровообращения и сокращаться. Пластырь Бурсака теперь большой и достаточно сложный: размером с фишку для покера (около 40 мм – ВМ) и толщиной с лист картона – его можно начинать тестировать на крупных животных, – заявил ученый на совещании Experimental Biology 2019 в Орландо (штат Флорида).

Heart_Patch.jpg

Отверстия по краям «заплатки» из выращенной в лаборатории человеческой сердечной ткани (слева) позволяют легче прикрепить ее к поврежденному сердцу. На увеличенном изображении заплатки на сердце мыши видны капилляры (красные), питающие мышечные клетки (зеленые) – ВМ.

Как и другие исследователи, пытающиеся восстановить поврежденные клетки сердца, Бурсак начинает со стволовых клеток, которые могут развиваться в специализированные ткани, такие как сердечная мышца. Но в то время как некоторые исследователи вводят сотни миллионов отдельных клеток сердечной мышцы в организм, команда Бурсака и несколько других групп выращивают в полноценные кусочки сердечной мышцы, которые хирурги могут прикрепить к поврежденному сердцу. «Это может стать трансформационным подходом», – говорит Ральф Маркусио – биолог развития в Школе медицины в Университете Калифорнии (Сан-Франциско). Исследования Бурсака «являются лучшими в этой области», добавляет Мартин Даннвальд – клеточный биолог из Университета Айовы в Айова-Сити.

В какой-то момент кардиологи решили, что в сердце есть тайный запас стволовых клеток, которые можно стимулировать для естественного восстановления органа, но теперь большинство биологов соглашаются, что таких клеток в сердце не существует. Альтернатива в ранних клинических испытаниях – сделать клетки сердечной мышцы в лаборатории из других стволовых клеток, ввести их в артерию, снабжающую сердце, и надеяться, что они осядут в органе и компенсируют любую мертвую ткань.

Бурсак скептически относится к такому подходу, потому что процент клеток, которые выживают после инъекции и попадают в сердце, очень мал. Его подход требует операции на открытом сердце, но он обеспечивает способ восстановления, которое более точно учитывает тип клеток и архитектуру реального органа.

Бурсак начал это исследование, будучи аспирантом. Он в лабораторных условиях превращал неонатальные клетки крысы в клетки сердечной мышцы, способные сокращаться – это впервые удалось сделать для млекопитающих. Другие исследователи разработали крошечные образцы тканей сердца для тестирования лекарств в лабораторных условиях. Но Бурсак хотел исправить сердца напрямую. За годы работы его команда узнала, что лучшие каркасы для культивирования стволовых клеток получается из фибрина – белка, который помогает образовывать сгустки крови, а лучший способ вырастить эти каркасные клетки – осторожно раскачивать их внутри подвесной рамы, которая позволяет растущему пластырю двигаться вперед и назад в жидкой среде. «Эти клетки созревают и умеют сильно сокращаться», – говорит Бурсак.

В 2016 году, когда его лаборатория выяснила, как производить эти мощные сокращения, сердечные «заплатки» были крошечными. Затем, 2 года назад, команда вырастила кусочек сердечной мышцы размером 4 на 4 см – потенциально достаточно большой, чтобы восстановить поврежденное человеческое сердце.

«Размер впечатляет, – говорит Кристофер Чен – биоинженер из Бостонского университета. – Это предполагает, что вы можете достичь шкалы, которая является клинически значимой».

Команда Бурсака также показала на грызунах, что кровеносные сосуды сердца могут прорастать в пластырь, чтобы поддерживать его живым. В последнее время ученые также добавляют в «заплатку» популяции эндотелиальных клеток, которые развиваются в кровеносные сосуды, и фибробластных клеток, которые помогают в ее формировании и укреплении. По мнению Бурсака, пока оптимальным соотношением клеток в пластыре является 70% клеток сердечной мышцы и 30% двух других видов клеток.

Исследователи уже поняли, что, когда пластырь имплантируется крысам и мышам, его капиллярная сеть соединяется с кровеносной системой грызунов. Однако пока ученые не знают, поможет ли это долгосрочному сохранению искусственно созданного участка мышцы.

Также не ясно, будет ли и каким образом пластырь электрически и механически интегрирован с исходным сердцем, чтобы они функционировали как целостная единица. «Заплатка» будет пришиваться к наружной стороне поврежденного сердца, над рубцовой тканью, что затрудняет развитие мышечной координации.

Возможно, ученым удастся найти ответ, проводя испытания на свиньях или других крупных животных.

Есть и опасения по поводу использования нового метода. Мишель Таллквист – сердечно-сосудистый биолог из Гавайского медицинского университета им. Джона А. Бернса в Гонолулу – обеспокоен тем, что изготовление пластыря для человека, перенесшего сердечный приступ, может занять слишком много времени – до 6 месяцев, если в качестве отправной точки использовать сердечные клетки самого пациента.  

По словам Бурсака, этого можно избежать, создав банк иммунологически подобранных стволовых клеток, которые могут быть при необходимости внедрены в искусственный «пластырь» всего за 3 недели.

Возможно, в скором времени ученым удастся заменять мертвые сердечные клетки живыми, способными биться и сокращаться.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru


Читать статьи по темам:

тканевая инженерия сердце Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Сердце, исцели себя само

Прорыв заключается в том, что вновь созданные клетки сердечной мышцы самостоятельно соединяются в полнофункциональные структуры.

читать

Кусочек сердца

Биологи вырастили из стволовых клеток ткань, которая с беспрецедентной точностью воспроизводит свойства человеческого сердца.

читать

Кардиозаплата

Платформа Cardiopatch позволяет получить «заплату» со всеми свойствами здорового миокарда для замещения поврежденного участка.

читать

Трехмерная «заплатка» для сердца

Формируемая с помощью трехмерной биопечати заплатка из клеток сердечной мышцы способствует восстановлению поврежденной ткани сердца после инфаркта миокарда.

читать

Сердце в шпинате

В серии экспериментов ученые вырастили пригодные к трансплантации кардиомиоциты человека в целлюлозных капиллярах листьев шпината, очищенных от растительных тканей.

читать