Из стволовых клеток впервые вырастили зрелую сердечную ткань
Биологи вырастили из стволовых клеток ткань, которая с беспрецедентной точностью воспроизводит свойства здорового человеческого сердца. К тому же она получена в рекордные сроки: выращивание заняло в девять раз меньше времени, чем обычно. В этом учёным помогла новая технология. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature командой во главе с Горданой Вуньяк-Новакович (Gordana Vunjak-Novakovic) из Колумбийского университета в США.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – незаменимый инструмент медиков и биологов. Напомним, что плюрипотентность – это способность такой клетки развиться в клетку любого органа и ткани. Слово "индуцированные" означает, что стволовые клетки стать такими заставили: они были получены "перепрограммированием" обычных соматических клеток (технология существует с 2009 года).
Из таких клеток специалисты выращивают разные ткани, чтобы испытывать на них лекарства. К сожалению, применимость этого метода пока ограничена. Дело в том, что пока "ткани из пробирки" демонстрируют далеко не все свойства своих естественных аналогов.
На этом фоне достижение группы Вуньяк-Новакович выглядит особенно впечатляюще.
"Полученная биоинженерная ткань поистине беспрецедентна по своему сходству с функционирующей человеческой тканью", – приводит пресс-релиз исследования слова Сейлы Селимович (Seila Selimovic), директора программы, в рамках которой финансировалось исследование.
Тем удивительнее, что ткань удалось вырастить в рекордные сроки. Процедура заняла не девять месяцев, как обычно, а всего четыре недели. Как за скорость роста, так и за функциональность "продукта" следует благодарить новую технологию.
Напомним, что стволовая клетка может стать "кирпичиком" любого органа. Для создания искусственных сердец исследователи, естественно, берут клетки, превращающиеся в кардиомиоциты – мышечные клетки сердца. Однако такая метаморфоза – постепенный и многоступенчатый процесс, и остаётся открытым вопрос, на какой его стадии брать "подопытных".
"Общий подход в нашей области заключается в том, что чем более зрелыми являются стартовые кардиомиоциты, тем лучше, – объясняет первый автор исследования Кейси Рональдсон-Бушар (Kacey Ronaldson-Bouchard) из Колумбийского университета. – Однако мы обнаружили, что очень "юные" клетки, развитие которых всё ещё пластично, будут лучше реагировать на внешние воздействия, которые мы осуществляем, чтобы стимулировать созревание".
"Зародыши" сердца размерами около шести миллиметров развивались в системе, известной как "орган-на-чипе". Помимо биохимических воздействий исследователи применяли электростимуляцию, чтобы заставить растущую мышечную ткань сокращаться. Это стандартная процедура, однако новшество заключалось в режиме подачи электрических сигналов. Частоту индуцированных сокращений увеличивали буквально каждый день.
В результате детище исследователей копировало зрелую здоровую сердечную ткань по целому ряду параметров. Это картина экспрессии генов, длина саркомера, плотность митохондрий, наличие поперечных канальцев в клеточной мембране, соотношение силы и частоты сокращений, окислительный метаболизм и биохимический оборот кальция.
Столь точный аналог живого сердца значительно расширяет возможности испытания лекарств, делая их в итоге более безопасными и эффективными. Кроме того, он может пригодиться в изучении наследственных заболеваний человеческого "пламенного мотора". Воспроизведя в клетках нужную мутацию, учёные смогут исследовать её последствия и способы борьбы с ними.
К сожалению, нынешнее достижение ещё не позволяет вырастить полноценное сердце для пересадки пациенту. По ряду электромеханических параметров полученная ткань всё ещё слишком отличается от естественной. Однако, если технологии будут развиваться подобными темпами, недалёк тот день, когда это станет возможным.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как из стволовых клеток вырастили функционирующие почки, а также "зародыши" желудка и кишечника.
