0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сердечная мышца, выращенная в лаборатории, работает как настоящая

Ученые заставили сердечную ткань, выращенную в лаборатории, биться как настоящее сердце

Живого сердца стук

Этот крошечный фрагмент мышечного волокна, возможно, спасет жизнь 33 миллионов людей.

Именно столько насчитывается в мире страдающих от мерцательной аритмии — наиболее распространенного типа нарушения сердечного ритма. Эффективное лечение этого недуга еще не найдено. Для испытания новых лекарств необходимо решать сложнейшую задачу: отделять клетки сердечной мышцы и длительное время поддерживать их жизнеспособность.

В настоящий момент команде немецких исследователей удалось в лабораторных условиях вырастить фрагмент человеческой сердечной ткани. Эта ткань не только содержит генетическую информацию и реагирует на воздействие препаратов практически так же, как настоящая ткань предсердия — она и бьется как настоящее человеческое сердце.

Оно растет

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — это изначально обычные взрослые клетки человеческого организма. Ученые обращают процесс их развития назад в стадию стволовых клеток, после чего получают возможность выращивать из них любой тип ткани.

Согласно результатам исследований группы немецких ученых, опубликованным в четверг в журнале Stem Cell Report, ткань предсердия была выращена путем индуцирования в стволовые клетки третиноина — кислоты, производной от витамина А, который способствует росту клеток.

Отказавшись от выращивания клеток в виде плоского двухмерного слоя, команда предпочла трехмерный сегмент мышечной ткани, схожий по форме с настоящим предсердием.

От сердца к сердцу

Сейчас исследователи сосредоточены на вопросе использования искусственно выращенной сердечной ткани для поиска методов лечения мерцающей аритмии.

«Эти мышечные волокна дают прекрасную возможность смоделировать мерцающую аритмию в лабораторных условиях и подбирать препараты для ее излечения, — сообщает в пресс-релизе Марта Лемме, член команды. — Но мы также продолжим выращивать новые фрагменты мышечных волокон, совершенствуя их для достижения максимального сходства с настоящей человеческой тканью. Следующим нашим шагом будет создание различными способами аритмии в подопытной ткани, моделирование мерцательной аритмии при помощи электричества и тестирование новых лекарств».

Выращенная в лаборатории диафрагма работает как настоящая

Дыхательная система. Для неё шведские учёные смогли вырастить в лаборатории функционирующие ткани диафрагмы от грызунов, используя их стволовые клетки и донорские ткани крыс. Похожая методика уже применялась для выращивания искусственных голосовых связок и даже конечностей животных.

Диафрагма — мышца, участвующая в процессе дыхания, попеременно сокращаясь и расслабляясь. Известно, что аномалии развития диафрагмы развиваются примерно у 1 из 2500 новорожденных.

Сейчас для борьбы с такими нарушениями используются «заплатки» мышечной ткани, которые, однако, неспособны расти вместе с другими органами, что очень важно в том случае, если пациентом является ребенок. Выращивание тканей в лабораторных условиях с применением клеток самих больных позволило бы устранить дефекты и улучшить качество жизни пациентов.

Сперва ученые взяли диафрагмы у крыс-доноров и очистили их от живых клеток, оставив лишь соединительнотканный каркас. После этого каркас засеивали стволовыми клетками, полученными из костного мозга животных. Новые диафрагмы пересаживали крысам: биоинженерные органы хорошо прижились и уже спустя 3 недели функционировали также хорошо, как и настоящие.

Паоло Маккиарини (Paolo Macchiarini) из Каролинского института (Karolinska Institutet) отмечает, что создание биоинженерной мышечной ткани — важный этап в развитии регенеративной медицины. Подобная технология также может использоваться для выращивания сердечной ткани.

Читайте ещё: Учёные впервые смогли создать в лаборатории ткани голосовых связок, которые вибрируют и генерируют звук

Учёные впервые смогли создать в лаборатории ткани голосовых связок, которые вибрируют и генерируют звук. Натан Уэлам (Nathan Welham) из Школы медицины и общественного здоровья Университета Висконсина (University of Wisconsin School of Medicine and Public Health) подчёркивает, что некоторые дефекты голосовых связок можно исправить с помощью инъекций коллагена, однако справиться с серьёзными повреждениями таким образом нельзя.

Другим возможным решением может стать пересадка цельных голосовых связок от донора, но при этом их размер будет фиксирован. Новая технология позволяет варьировать размер связок, выращивать их индивидуально и даже хранить для будущего использования.

Читать еще:  Простатит у мужчины передается воспалением у женщин

Для выращивания голосовых связок, исследователи использовали человеческие фибробласты соединительной ткани и эпителиальные клетки. Они были получены от умершего человека и четырёх живых пациентов, чьи связки пришлось удалить при других операциях.

Клетки культивировали более 2х недель в 3D-матрице, имитирующей естественные условия. За это время они сформировали более сложную структуру, схожую с настоящими связками. Используя клетки всего от пяти людей, удалось создать почти 170 новых связок различного размера.

Новые связки были протестированы на умерших собаках. Они вибрировали и генерировали звук подобно настоящим связкам. Также выращенные голосовые связки пересаживались мышам, чья иммунная система была модифицирована и функционировала как человеческая. Отторжения связок не происходило в течение трёх месяцев.

Несмотря на то что новая методика успешно прошла первые проверки, до её внедрения в клиническую практику предстоит ещё много работы.

Выращена сильная сердечная мышца

Рави Бирла (Ravi K. Birla) и его коллеги из лаборатории искусственного сердца (Artificial Heart Laboratory) университета Мичигана (University of Michigan) вырастили в пробирке тонкий кусочек сердечной ткани, энергично бьющийся, словно мышечная ткань в настоящем сердце.

Для выращивания этого образца биоинженерного сердечного мускула (bioengineered heart muscle — BEHM) были использованы клетки сердца крысы, высаженные на подложку из геля фибрина, который служил временным «монтажным каркасом» для клеток, пока они не размножились и не соединились в ткань. Сам гель к этому моменту распался.

«Учёные во всём мире испытывают множество различных подходов к выращиванию сердечной ткани из клеток. В нашей лаборатории мы проверяем несколько направлений, — говорит Бирла. — Сейчас мы можем сказать, что использование гидрогеля фибрина требует всего нескольких дней для получения ткани, которая спонтанно организовывается, начинает сокращаться с существенной силой и реагирует на внешние факторы, типа кальция, аналогично ткани в настоящем сердце»

Самое примечательное, что BEHM, полученный в лаборатории Бирла, при поперечнике в 3,5 сантиметров развивал усилие в 800 микроньютонов. Это хотя и вдвое меньше, чем у аналогичной по размеру ткани внутри настоящего сердца, но существенно больше, чем у различных образцов BEHM, показанных учёными до настоящего времени.

К тому же команда Бирла рассчитывает на улучшение показателей своего детища в будущем. Так, они установили, что в растворе с препаратом, богатым кальцием, эта сердечная «заплатка» развивала большее усилие.

Разумеется, от получения работающего кусочка сердечной ткани крысы до выращивания целого сердца, да ещё человеческого, — огромная дистанция. Тут особенно важно делать шаг за шагом.

Тем более что радуют и другие исследователи, работающие в этой области. Они: впервые вырастили клапаны сердца человека, научились получать клетки для сердечной мышцы из клеток живота, построили механический насос на основе клеток сердца, создали искусственные молекулы, помогающие заживлять рану на сердце.

Ну и, конечно, как альтернативный вариант спасения человека сохранится вживление механического сердца.

Ссылка на публикацию: MEMBRANA

Код вставки на сайт

Выращена сильная сердечная мышца

Рави Бирла (Ravi K. Birla) и его коллеги из лаборатории искусственного сердца (Artificial Heart Laboratory) университета Мичигана (University of Michigan) вырастили в пробирке тонкий кусочек сердечной ткани, энергично бьющийся, словно мышечная ткань в настоящем сердце.

Для выращивания этого образца биоинженерного сердечного мускула (bioengineered heart muscle — BEHM) были использованы клетки сердца крысы, высаженные на подложку из геля фибрина, который служил временным «монтажным каркасом» для клеток, пока они не размножились и не соединились в ткань. Сам гель к этому моменту распался.

«Учёные во всём мире испытывают множество различных подходов к выращиванию сердечной ткани из клеток. В нашей лаборатории мы проверяем несколько направлений, — говорит Бирла. — Сейчас мы можем сказать, что использование гидрогеля фибрина требует всего нескольких дней для получения ткани, которая спонтанно организовывается, начинает сокращаться с существенной силой и реагирует на внешние факторы, типа кальция, аналогично ткани в настоящем сердце»

Самое примечательное, что BEHM, полученный в лаборатории Бирла, при поперечнике в 3,5 сантиметров развивал усилие в 800 микроньютонов. Это хотя и вдвое меньше, чем у аналогичной по размеру ткани внутри настоящего сердца, но существенно больше, чем у различных образцов BEHM, показанных учёными до настоящего времени.

Читать еще:  Опасна ли мануальная терапия?

К тому же команда Бирла рассчитывает на улучшение показателей своего детища в будущем. Так, они установили, что в растворе с препаратом, богатым кальцием, эта сердечная «заплатка» развивала большее усилие.

Разумеется, от получения работающего кусочка сердечной ткани крысы до выращивания целого сердца, да ещё человеческого, — огромная дистанция. Тут особенно важно делать шаг за шагом.

Тем более что радуют и другие исследователи, работающие в этой области. Они: впервые вырастили клапаны сердца человека, научились получать клетки для сердечной мышцы из клеток живота, построили механический насос на основе клеток сердца, создали искусственные молекулы, помогающие заживлять рану на сердце.

Ну и, конечно, как альтернативный вариант спасения человека сохранится вживление механического сердца.

Еще пять лет, и мы сможем восстанавливать погибшую ткань сердца?

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

    Внешние ссылки откроются в отдельном окне

    При инфаркте часть сердца человека умирает. Сердечные клетки не восстанавливаются, но ученые, возможно, придумали, как сделать этот процесс обратимым. В случае успеха это может спасти жизнь тысячам людей.

    Кардиохирурги обычно говорят в тех случаях, когда у кого-то инфаркт миокарда: time is muscle (по аналогии с time is money, то есть чем больше времени проходит после омертвения мышечных тканей сердца, тем ниже его работоспособность. — Прим. переводчика).

    Нормальная работа сердца зависит от постоянного снабжения этого органа кислородом, поступающим из коронарных артерий. Если последние блокированы, буквально через несколько минут клетки сердечной мышцы начинают умирать.

    Во многих случаях, если хирургам не удается убрать блокаду в течение ближайшего часа, сердце безвозвратно теряет более 1 млрд клеток.

    Те, кто пережил такой инфаркт, часто страдают сердечной недостаточностью — например, в Британии таких людей примерно 450 тысяч.

    По истечении первых пяти лет после инфаркта половины из них уже не будет в живых.

    «Их сердце становится настолько слабым, что уже не в состоянии поддерживать надлежащий ток крови в организме и в конце концов останавливается», — рассказывает Санджей Синха, кардиолог из кембриджской больницы Адденбрук.

    Но сейчас появилась надежда: уже в ближайшие пять лет регенеративная медицина может предложить радикальный выход из этой драматической ситуации — «сердечные заплатки».

    Проблема состоит в том, что в отличие от других органов человеческого тела, сердце располагает очень ограниченными возможностями к самовосстановлению.

    Клетки сердечной мышцы делятся с интенсивностью в 0,5% в год, чего совершенно недостаточно для восстановления какого-либо серьезного повреждения.

    Мертвые клетки заменяются толстыми слоями жесткой рубцовой ткани — это означает, что пострадавшие участки сердца просто перестают работать.

    В настоящее время всё, что может предложить медицина таким пациентам — это пересадка сердца. Однако нехватка доноров означает, что, например, в Британии ежегодно проводится лишь 200 таких операций.

    «Не думаю, что когда-нибудь у нас будет достаточно доноров, — говорит Синха. — Вы не найдете тысячи молодых людей, умирающих со здоровым сердцем, пригодным для пересадки. Таковых обычно очень немного — тех, кто погибает в автокатастрофах или от травм головного мозга».

    Регенеративная медицина, применяющая стволовые клетки, может предложить альтернативу. Во время клинических испытаний ученые попробовали восстановить поврежденные ткани сердца, вводя в них стволовые клетки, которые в дальнейшем могли развиться в клетки разных типов.

    И хотя во время этих испытаний были успешно восстановлены поврежденные кровеносные сосуды, что улучшило приток крови к сердцу, главная проблема все-таки не была решена: погибшие клетки сердечной мышцы не удалось вернуть к жизни.

    Как полагают, причиной неудачи стало то, что 95% стволовых клеток были отвергнуты сердцем.

    Синха, помимо участия в экспериментах Института стволовых клеток Кембриджского университета, работает над воплощением в жизнь идеи сердечных заплаток.

    Эти малюсенькие, бьющиеся кусочки сердечной мышцы площадью менее 2,5 кв. см и толщиной в полсантиметра выращиваются в лаборатории.

    На каждую из них требуется примерно месяц. Для заплатки берут кровяные клетки и перепрограммируют их в такие стволовые клетки, которые затем могут быть превращены в человеческую клетку любого типа — в нашем случае клетки сердечной мышцы, клетки кровеносных сосудов и эпикарда (наружной оболочки сердца).

    Читать еще:  Подагра — лечение в домашних условиях быстро и эффективно

    Эти кластеры сердечных клеток затем выращиваются на специальной подложке, что организует их в том виде, в котором они находятся в настоящей сердечной ткани.

    «Мы считаем, что у этих заплаток гораздо больший шанс на то, чтобы быть естественным образом ассимилированными сердцем пациента, поскольку мы создаем полностью функционирующую ткань, которая уже бьется и сокращается», — говорит Санджей Синха. — Она состоит из разных по типу клеток, которые отлично взаимодействуют друг с другом».

    «Мы знаем, что клетки эпикарда особенно важны для координации правильного развития сердечной мышцы: исследование показало, что в развивающемся эмбрионе происходит активное взаимодействие между эпикардом и растущим сердцем».

    Синха в настоящее время готовится к испытанию заплаток — сначала на мышах, потом на свиньях. Если все пойдет по плану, то через пять лет он будет готов к первым испытаниям на человеке.

    Установить связь

    Синха не одинок в этих поисках. В США коллектив ученых из университетов Стэфорда, Висконсина и Дьюка тоже пытается вырастить заплатки для сердца.

    Как и Синха, они разрабатывают процедуру, в ходе которой, применяя ультразвук и МРТ-сканирование, будут находить поврежденные участки ткани сердца.

    Затем, исходя из характера и размера рубцов, они распечатают на 3D-принтере заплатку любой формы и размера.

    После этого хирурги вскроют грудную клетку и пришьют заплатку прямо к сердцу так, чтобы она была связана с существующими венами и артериями.

    «Пациентам с особо тяжелым поражением миокарда потребуется несколько заплаток в разных местах сердца, — говорит профессор регенеративной биологии Тим Кэмп из университета Висконсина. — Сердце, пытаясь приспособиться к повреждениям, изменяет форму и расширяется: из регбийного мяча оно превращается в мяч баскетбольный».

    Вот одна из главных проблем, которую предстоит решить ученым: как сделать так, чтобы между культивированной заплаткой и сердцем человека возникла электрическая связь и они забились в едином ритме.

    Электрическое возбуждение двух тканей разного происхождения должно быть синхронизировано во избежание аритмии.

    «С помощью имеющихся у нас хирургических инструментов мы можем поставить заплатку на сердце, но мы не можем приказать двум разным тканям биться в едином ритме, — объясняет Кэмп. — Однако мы надеемся, что они сделают именно так. Предполагаю, что электрические сигналы, которое проходят через сердечную мышцу как волна и приказывают ей сокращаться, прикажут и заплатке сокращаться в том же ритме».

    Если все эти проблемы будут решены, то удастся не только спасти множество жизней, но и сэкономить большое количество денег, считает Синха.

    В Соединенном Королевстве стоимость процедуры по пересадке сердца (включая больничный уход за пациентом) оценивается примерно в 500 тысяч фунтов (690 тыс. долларов).

    Но для тысяч пациентов, которые не могут найти себе донорское сердце, стоимость постоянной лекарственной терапии и регулярного помещения в больницу может быть еще выше.

    Для сравнения: нынешняя оценка стоимости лечения сердечной заплаткой — около 70 тыс. фунтов (96 тыс. долларов).

    К тому же, поскольку заплатки будут сделаны из клеток собственной крови пациента, не придется сталкиваться с осложнениями, которые часто сопровождают пересадку сердца, и с приемом больших доз препаратов, подавляющих иммунитет.

    «Пораженное сердце крайне воспалено — для ткани заплаток это будет довольно враждебная среда, — поясняет Кэмп. — Однако заплатки будут выращены специально для конкретного пациента, из его же клеток, пусть и другого типа, поэтому сердце вряд ли отторгнет их».

    Как считают исследователи, эта технология может изменить жизни миллионов людей во всем мире.

    «Инфаркт миокарда в значительной степени выводит человека из строя, — говорит Синха. — Вы постоянно чувствуете ужасную усталость, вам даже трудно подняться по лестнице. Однако впервые мы считаем, что способны регенерировать настоящую, живую сердечную ткань, идентичную той, из которой состоит сердце пациента, и в которой клетки загадочным и прекрасным образом будут общаться друг с другом, взаимодействовать друг с другом — как и остальные клетки его организма».

    «Если нам удастся в течение следующих пяти лет отработать весь этот процесс до мелочей, если мы убедимся, что процедура полностью безопасна, то она сможет помочь всем этим людям снова жить полноценной, нормальной жизнью».

    Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

    Ссылка на основную публикацию
    Статьи c упоминанием слов:
    Adblock
    detector