Цивилизация
От сердечно-сосудистых заболеваний каждый год умирают более 17 миллионов человек. Только в США каждые 34 секунды болезни сердца уносят одну человеческую жизнь, более 5 миллионов американцев страдают от хронической сердечной недостаточности. Многих пациентов может спасти только трансплантация сердца, но найти доноров для всех невозможно. Выход предлагают регенеративная медицина и тканевая инженерия: вместо того чтобы подбирать донорские органы, их нужно выращивать в необходимом количестве.
Специалисты медицинского факультета Университета Питтсбурга
предлагают использовать для этого клетки-предшественники, полученные из фибробластов пациента, и трехмерный каркас настоящего сердца.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, ученые описали первый успешный эксперимент, проведенный на мышином сердце: его лишили собственных клеток и населили коллагеновую основу клетками человека. Выросло химерное сердце, которое еще не может заменить настоящее, но способно сокращаться.
Технологию выращивания сердца на каркасе разрабатывают в разных лабораториях. В частности, экспериментируют с сердцами свиньи или крысы, но при этом при этом используют животные клетки. Исследователи из Питтсбурга впервые использовали мультипотентные кардиоваскулярные прогениторные клетки человека (МКП).
Термин «мультипотентные» означает, что клетки обладают множественными способностями к дифференцировке – могут превращаться в клетки разных тканей.
Их получают из фибробластов – клеток соединительной ткани, взятых из небольшого кусочка кожи. С помощью различных факторов роста фибробласты сначала превращают в МКП, а затем направляют развитие МКП в нужное русло, чтобы получить из них клетки, образующие сердце: кардиомиоциты, организованные в мышечные волокна, клетки эндотелия (внутренней стенки сосудов) и клетки гладкой мускулатуры сосудов. Исследователи воспользовались культурами из коллекции клеток.
Чтобы клетки образовали орган, их нужно «поселить» в трехмерный каркас. Его можно сделать из искусственного материала, но предпочтительнее использовать естественную основу соответствующего органа, которая сохраняет первоначальную форму и содержит биологически активные вещества, стимулирующие дифференцировку и деление клеток. Для создания искусственного человеческого сердца удобно брать каркас сердца свиньи, но исследователи, отрабатывая новую технологию, выбрали маленькое, мышиное.
Сначала с помощью специальных ферментов и химических веществ удалили все клетки сердца.
Эта технология хорошо разработана. Спустя 10 часов от органа остался лишь белковый каркас из коллагена, фибронектина и ламинина с неповрежденными стенками крупных сосудов. В этот «скелет» исследователи через коронарную артерию ввели суспензию МПК. Сердце орошали питательной средой с необходимыми ростовыми факторами и наблюдали за расселением и дифференцировкой клеток.
Спустя 20 дней выросло новое сердце — человеческие клетки на мышином каркасе, с неким подобием сосудов.
Оно спонтанно сокращалось с частотой 40–50 ударов в минуту и должным образом реагировало на препараты, которые ускоряют или замедляют его ритм.
К сожалению, в сердце пока не хватает фибробластов — оно получилось слишком слабым для того, чтобы эффективно перекачивать кровь, но все-таки оно бьется.
Это первый искусственный орган, полученный из МПК. Исследователи собираются совершенствовать методику, чтобы сердце сокращалось с достаточной силой и имело нормальную проводящую систему, которая регулирует ритм сердечных сокращений. Работы еще очень много, но ученые строят большие планы. Они надеются с помощью новой модели регенерации получать фрагменты мышечной ткани сердца и использовать эти «заплатки» для замены участков миокарда, погибших после инфаркта. И, разумеется, в перспективе получить искусственное сердце, выращенное из кусочка кожи пациента. Но это уже более сложная задача.