Исследователи из Университета штата Мичиган впервые создали в лаборатории миниатюрную модель сердца человека, в которой представлены все основные типы клеток сердца и функционирующая структура камер и сосудистой ткани.
В Соединенных Штатах сердечно-сосудистые заболевания – это нет. 1 причина смерти. "Эти мини-сердца представляют собой невероятно мощные модели для изучения всех видов сердечных заболеваний с невиданной ранее степенью точности," сказал Айтор Агирре, старший автор исследования и доцент кафедры биомедицинской инженерии в Институте количественных медицинских наук и инженерии МГУ.
Эта учеба, "Генерация органоидов сердца, моделирующих раннее сердечное развитие человека в определенных условиях," появляется на сервере препринтов bioRxiv.
Органоиды сердца человека, или сокращенно hHOs, были созданы посредством нового каркаса стволовых клеток, который имитирует среду развития эмбриона и плода.
"Органоиды – что означает «напоминающие орган» – это самособирающиеся трехмерные клеточные конструкции, которые в значительной степени воспроизводят свойства и структуру органа," сказал Йонатан Исраэли, аспирант лаборатории Агирре и первый автор исследования.
Нововведение включает в себя биоинженерный процесс, в котором используются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – взрослые клетки пациента, которые запускают эмбриональное развитие сердца в чашке, – создавая функциональное мини-сердце через несколько недель. Стволовые клетки получены от взрослых по их согласию и, следовательно, не связаны с этическими соображениями.
"Этот процесс позволяет стволовым клеткам развиваться, как в эмбрионе, в различные типы клеток и структуры, присутствующие в сердце," Агирре сказал. "Мы даем ячейкам инструкции, и они знают, что им делать, когда все соответствующие условия выполнены."
Одна из основных проблем, стоящих перед изучением развития сердца плода и врожденных пороков сердца, – это доступ к развивающемуся сердцу. Исследователи ограничились использованием моделей млекопитающих, пожертвованных останков плода и исследований клеток in vitro для приблизительного определения функции и развития.
"Теперь у нас есть лучшее из обоих миров, точная человеческая модель для изучения этих болезней – крошечное человеческое сердце – без использования эмбрионального материала и нарушения этических принципов. Это большой шаг вперед," Агирре сказал.
Что дальше? Для Агирре процесс двоякий. Во-первых, органоид сердца представляет собой беспрецедентный взгляд на основы развития сердца плода.
"В лаборатории мы в настоящее время используем органоиды сердца для моделирования врожденного порока сердца – наиболее распространенного врожденного дефекта у людей, которым страдает почти 1% новорожденных," Агирре сказал. "С помощью органоидов сердца мы можем изучить происхождение врожденного порока сердца и найти способы его остановить."
Во-вторых, хотя hHO сложен, он далек от совершенства. Для команды улучшение окончательного органоида – еще одно ключевое направление будущих исследований. "Органоиды – это небольшие модели сердца плода с характерными функциональными и структурными особенностями," Израильтянин сказал. "Однако они еще не так совершенны, как человеческое сердце. Это то, над чем мы работаем."
Агирре и его команда очень довольны широким спектром применения этих миниатюрных сердечек. Они обеспечивают беспрецедентную возможность изучения многих других сердечно-сосудистых заболеваний – от кардиотоксичности, вызванной химиотерапией, до влияния диабета во время беременности на развивающееся сердце плода.