Лабораторное мини сердце
Post updated: June 30
Крохотные подобия органов (или органоиды), которые выращивают из стволовых клеток, помогают понять, как работают настоящие, большие органы. Но не для всякого органа можно вырастить его мини-подобие. Так органоид сердца долгое время не получался: все попытки заканчивались просто комком сокращающихся клеток, у которых не было никакой пространственной структуры.
Задачу удалось решить сотрудникам Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук: в статье в Cell они описывают сердечный органоид, соответствующий двадцать пятому дню эмбрионального развития.
Наши возможности моделировать сложность человеческого сердца in vitro все еще затруднены, что ограничивает наши знания о том, как развиваются сердечные заболевания. Врожденные пороки сердца, например, являются наиболее распространенным врожденным заболеванием у людей, поражающим около 1 процента всех младенцев. Уже одно это свидетельствует о необходимости создания более точных органоподобных структур, и именно здесь на помощь исследователям приходит новый метод.
Ученые модифицировали человеческие плюрипотентные стволовые клетки, которые могут превращаться в любую ткань, в различные формы сердечных клеток, чтобы создать органоиды сердца, клетки которых самоорганизуются подобно клеткам эмбриона. Целью работы было создание трех тканевых слоев, составляющих стенки сердечной камеры, которая является одной из первых формирующихся частей сердца.
Органоиды диаметром около 2 мм, прожившие в лаборатории более 3 месяцев, за неделю становятся структурно такими же, как сердце 25-дневного эмбриона. Они имеют только одну камеру и основные типы клеток на данном этапе развития. Более того, четко очерченная камера сердца бьется от 60 до 100 раз в минуту, что очень похоже на сердце эмбриона в том же возрасте.
Метод создания таких структур не опирается на традиционные методы тканевой инженерии, которые обычно используют в качестве основы матрицы (scaffold), выполняющие функцию механического каркаса для клеток. Следовательно, полученный в результате рост ткани имитирует процесс развития у человека.
Идея полностью функционирующего искусственного сердца кажется далекой и исследователи, скорее всего, пока сосредоточатся на подключении бьющихся органоидов сердца к сосудистым сетям и проверке того, могут ли они перекачивать кровь. Тем не менее, эти мини-сердца обладают огромным потенциалом, поскольку они могут стать мощным новым инструментом для экспериментов по пониманию развития и заболеваний сердца человека, которые в основном опираются на модели животных.
"Когда я увидел это в первый раз, я был поражен тем, что эти камеры могут образовываться сами по себе, - сказал ведущий автор исследования Саша Менджан, биолог из Института молекулярной биотехнологии при Австрийской академии наук. - Удивительно то, что сразу видно, что эксперимент удался, и органоид функционирует, поскольку бьется - в отличие от других органов".
У зародышей и у новорождённых млекопитающих сердце может восстанавливаться, но почти сразу теряет эту способность. Поэтому у взрослых после инфаркта погибшие кардиомиоциты не замещаются не новыми кардиомиоцитами, а соединительной тканью. Наблюдая за поведением соединительнотканных клеток сердца в сердечном органоиде, мы, возможно, сумеем найти способ восстанавливать сердечную мышцу у взрослых людей.
Источник: Interesting Engineering