Выращивание искусственных органов для пересадки или использования в качестве терапевтической модели – еще не повседневная реальность, хотя это направление активно развивается. Здесь используется несколько подходов. Во-первых, это выращивание из стволовых клеток органоидов – трехмерных клеточных структур, которые хотя и не являются полноценными органами, но имеют с ними достаточно сходства, чтобы использовать их в экспериментах вместо культур клеток. Во-вторых, технологии биопринтинга – трехмерной печати человеческих органов из клеток пациента. Наконец, этими же клетками можно заселить «каркас» органа, изготовленный из искусственных материалов. Именно по этому пути пошли американские ученые, которым удалось создать искусственный желудочек сердца
Как известно, сердце состоит из четырех отдельных камер, включая два предсердия и два желудочка. Главной камерой сердца считают левый желудочек: при его сокращении кровь выбрасывается в аорту, поступая в большой круг кровообращения. Исследователи из Гарвардского университета (США) создали реальную трехмерную модель левого желудочка сердца человека, которую можно использовать для изучения механизмов заболеваний, тестирования лекарственных препаратов и разработки индивидуальных схем лечения заболеваний сердца.
Сначала исследователи сделали каркас из биосовместимых и биоразлагаемых нановолокон компании Parker's Biophysics Group, выровненных в одном направлении. Благодаря этому клетки сердечной мышцы (кардиомиоциты) могли расположиться параллельно друг другу, что и требуется для нормального сокращения сердечной мышцы. Каркас заселили клетками сердечной мышцы крысы, а также кардиомиоцитами человека, полученными из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Искусственные желудочки культивировали в специальном биореакторе, оснащенном различным инструментарием для исследования и манипуляций. Уже в течение 3–5 дней сердечные клетки образовали способную сокращаться ткань, покрывшую каркас. Размер сформировавшихся желудочков в итоге составил половину от размера желудочка крысы и всего 1/250 – от человеческого. Однако функционально, как показали исследования, это были вполне полноценные органы.
Так, клетки синхронно сокращались и успешно «выполняли» задачи, которые ставили ученые, проверяя физиологические параметры работающего желудочка. Например, они правильно реагировали на препарат, который должен повышать частоту биения сердца. Исследователи даже повредили стенку желудочка, имитируя инфаркт миокарда, и наблюдали «в пробирке» все стадии происходящего.
Желудочки удалось успешно культивировать в течение полугода. Возможность такого долговременного культивирования очень важна, так как это дает возможность отработать на модели разные варианты лечения, что не всегда можно сделать быстро.
Ученые надеются создать в перспективе целый орган – четырехкамерное сердце, которое можно использовать как полноценную модель для исследования механизмов сердечных патологий. Такое сердце, выращенное из собственных клеток пациента, можно будет использовать для проверки эффективности лечения и персонализированного подбора терапии с учетом всех особенностей больного, включая генетические.
Фото: https://commons.wikimedia.org
