Выращенный в лаборатории участок сердечной мышцы и других клеток может помочь в восстановлении после сердечного приступа, — пишет sciencemag.org.
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. Патч Бурсака
теперь большой и достаточно сложный: размером с фишку для покера
и толщиной с лист картона — его можно начинать тестировать на
крупных животных, — заявил ученый на совещании Experimental
Biology 2019 в Орландо (штат Флорида).
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 лабораторной чашке 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
патчу 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 расширяться в патч, 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 патче является 70% клеток сердечной мышцы и
30% двух других видов клеток.
Исследователи уже поняли, что, когда патч 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 патч 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.
[Фото: sciencemag.org, Olga Sadovnikova: ru.123rf.com]
Источник: www.sciencemag.org
