Впервые сердце мыши стало сокращаться и биться снова после того, как его клетки были удалены и заменены человеческими сердечными клетками-предшественниками, как сообщают ученые из Медицинской школы Университета Питсбурга. Полученные данные, опубликованы которые были сегодня в онлайн версии журнала Nature Communications, раскрывают перспективы регенерации функционального органа путем помещения человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (которые могут быть персонализированными для каждого получателя)

в трехмерный каркас органа, что важно для трансплантации, создания моделей для тестирования препаратов и понимания процесса развития сердца.

В США каждые 34 секунды от заболевания сердца умирает один человек, и более 5 миллионов людей страдают от сердечной недостаточности – уменьшения способности сердца качать кровь, как сообщает старший исследователь Лей Янг, доктор философии, старший преподаватель биологии развития в Питсбургской медицинской школе. Более половины пациентов с заболеваниями сердца не отвечают на доступные в настоящее время методы лечения. Также наблюдается нехватка донорских органов для пересадки.

«Ученые пытаются найти новые решения этой важной проблемы при помощи регенеративной медицины и тканевой инженерии», - говорит доктор Янг. «Возможность замещать кусочек ткани, поврежденный сердечным приступом, или даже целый орган, могла бы очень помочь этим пациентам».

Для осуществления своего проекта, исследовательская группа сначала подвергла сердце мыши децеллюляризации (или удалению всех клеток) – процессу, для выполнения которого требуется около 10 часов и применение большого количества различных средств. Затем ученые заново населили каркас сердца мультипотентными сердечными клетками-предшественниками (MCP) человека. Эти замещающие клетки были получены путем инженерии фибробластов, которые были взяты из небольшого образца кожи, преобразованы в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, и обработаны специальным фактором роста для инициирования дальнейшей дифференциации.

«Этот процесс позволяет получить MCP, являющиеся клетками-предшественниками, которые далее могут дифференцироваться в три различных типа клеток сердца, включая кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и клетки гладких мышц», - объясняет доктор Янг. «Раньше никто не пытался использовать MCP для регенерации сердца. Оказывается, внеклеточный матрикс сердца – материал, которые является основой каркаса сердца – может испускать сигналы, направляющие процесс трансформации MCP в специализированные клетки, необходимые для функционирующего надлежащим образом сердца».

По прошествии нескольких недель, исследователи обнаружили, что:

Мышиное сердце не только заполнилось человеческими клетками, но и начало снова сокращаться со скоростью 40-50 ударов в минуту.

Однако чтобы заставить сердце сокращаться достаточно сильно, чтобы эффективно качать кровь, и реконструировать систему электропроводимости сердца так, чтобы частота сердечных сокращений увеличивалась и уменьшалась должным образом, предстоит провести еще много работы.

В будущем, вероятно, станет возможным взятие образца кожи у пациента для получения персонализированных MCP, и использование их для заселения биологического каркаса и регенерации замещающего органа, который будет подходить для трансплантации, как отмечает доктор Янг. Модель также может быть использована для осуществления лабораторного метода доклинической проверки эффектов, оказываемых новыми препаратами на сердце или для изучения развития сердца плода.

«Наша следующая цель – проверить, является ли возможным создание кусочка человеческой сердечной мышцы», - добавляет он. «Мы могли бы использовать такие кусочки для замены областей, пораженных сердечным приступом. Добиться этого, вероятно, будет легче, так как для этого не требуется столько клеток, сколько необходимо для создания полноценного человеческого органа».