Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовали флуоресцентные окрашенные белки, чтобы проследить, как кардиомиоциты – клетки сердечной мышцы, которые позволяют ему перекачивать кровь – образуются в эмбрионах мыши. Результаты могут в конечном итоге привести к разработке методов регенерации сердечной ткани у взрослых людей.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
"Наша конечная цель – восстановить кардиомиоциты после такой травмы, как сердечный приступ," сказал доктор. Реза Ардехали, доцент кафедры кардиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и член Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток им. Эли и Эдит Брод. "Но сначала мы пытаемся учиться у зародыша сердца."
Кардиомиоциты составляют большую часть сердца. Во время сердечного приступа части сердечной ткани отрезаны от кислорода и питательных веществ. Клетки в этих областях сердца умирают и медленно замещаются рубцовой тканью, что снижает способность сердца функционировать.
Хотя известно, что кардиомиоциты образуются во время эмбрионального развития, ученые до сих пор не были уверены в том, создаются ли новые кардиомиоциты только при делении существующих кардиомиоцитов, или же клетки-предшественники сердца (тип стволовых клеток) создают новые кардиомиоциты.
Ардехали и его коллеги, в том числе Нгок Нгуен, аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соавтор исследования, использовали четыре разных флуоресцентных белка для определения происхождения кардиомиоцитов. Когда клетки делятся, в результате "дочь" ячейки сохраняют тот же цвет, что и родительская ячейка.
"Система позволяет нам со временем увидеть, какие популяции клеток дают начало новым клеткам," Нгуен сказал. "По сравнению с предыдущими методами маркировки, в которых используется только один или два разных цвета, этот метод позволяет нам гораздо более четко различать роль разных ячеек."
Команда пометила различные типы исходных клеток, в том числе кардиомиоциты и кардиальные клетки-предшественники, в эмбрионах мыши, сконструировав клетки так, чтобы они содержали гены флуоресцентных белков. Они включали флуоресцентные метки в разное время во время эмбрионального развития, а затем наблюдали, как цвета распространяются по развивающемуся сердцу по мере роста эмбрионов.
Ученые обнаружили, что на ранних этапах развития матки большинство новых кардиомиоцитов происходит из сердечных клеток-предшественников, а не из существующих кардиомиоцитов. Однако по мере развития плода мыши сердечные клетки-предшественники теряют способность в течение нескольких дней или недели генерировать новые кардиомиоциты.
"Ранее исследователи предположили, что у вас есть эти клетки-предшественники до установленной точки развития, а затем они превращаются в зрелые кардиомиоциты," Ардехали сказал. "Мы показали, что этот процесс не происходит внезапно, а скорее постепенный."
Исследователи также использовали флуоресцентные белки, чтобы изучить, возникают ли новые сердечные клетки после травмы сердца. Для этого они смоделировали сердечный приступ у мышей, хирургическим путем закрывая одну из сердечных артерий. Они обнаружили, что у новорожденных мышей сердце сохраняло ограниченную способность к регенерации кардиомиоцитов после закрытия артерии, даже если его клетки-предшественники созрели. Но когда сердечный приступ был смоделирован у взрослых мышей, у животных не было этой способности к регенерации, и они не могли восстановиться.
"Если мы сможем определить, как эти кардиомиоциты размножаются, мы надеемся использовать этот регенеративный потенциал для лечения сердечных заболеваний у людей," Нгуен сказал.
Исследователи идентифицировали несколько генов в кардиомиоцитах новорожденных мышей, уровни которых отличаются от таковых у взрослых мышей; они планируют изучить, отвечает ли какой-либо из этих генов за придание клеткам способности к регенерации.