Тренажер для клеток сердца
Клетки сердечной мышцы нуждаются в физической нагрузке даже при культивировании вне организма. Исследователи университета Торонто, работающие под руководством профессора Милики Радизик (Milica Radisic), разработали устройство, применяющее строгий протокол тренировок к выращиванию небольших фрагментов сердечной ткани и оценивающее силу сокращений ее клеток. Эта платформа, являющаяся идеальным инструментом для тестирования эффектов потенциальных лекарственных препаратов, может приблизить внедрение методов персонализированной медицины в клиническую практику.
По словам Радизик, многие потенциальные новые препараты не доходят до клиники из-за своей токсичности, а токсичность в отношении ткани сердца является весьма серьезной проблемой. Такие препараты можно тестировать на клетках сердца, выращенных в лабораторных условиях, однако эти клетки даже на вид отличаются от клеток живого сердца и не предоставляют достоверной информации.
Авторы создали устройство, позволяющее культивируемым в лаборатории клеткам и тканям формировать трехмерные структуры, напоминающие структуры человеческого организма. Пять лет назад они разработали платформу Biowire, в которой клетки сердца растут вокруг шелковой нити. При пропускании электрического заряда клетки внутри такого устройства удлиняются и приобретают признаки взрослых кардиомиоцитов.
В рамках своей последней работы Радизик и ее коллеги представили новую платформу Biowire II. Она обеспечивает культивирование клеток сердечной мускулатуры в промежутке между двумя параллельными нитями из эластичного полимера, расположенными на расстоянии 3 миллиметра друг от друга. При каждом сокращении формирующие мышечную полоску клетки натягивают нити. Измерение степени изгиба нитей позволяет исследователям в реальном времени определять силу сокращения.
Достоинство этой системы заключается в том, что она позволяет определять влияние каждого конкретного соединения на функциональное состояние сердца путем анализа силы сокращения и других ключевых функциональных показателей. С ее помощью специалисты могут определить, ослабляет или усиливает сердечную деятельность та или иная молекула, идентифицируя потенциальные лекарственные средства для лечения заболеваний сердца, а также выявляя препараты для лечения других заболеваний, оказывающие побочные эффекты на сердечную ткань.
Как и в исходном варианте Biowire, электрические импульсы используются для стимуляции сокращений и «тренировки» сердечных клеток. Авторы утверждают, что им удалось усовершенствовать протокол тренировки таким образом, что всего за 6 недель в устройстве формируется приближенный к реальности фрагмент сердечной ткани.
В рамках работы они создавали не только фрагменты желудочковой и предсердной ткани, но и фрагменты гетерополярной ткани, имеющей желудочковый и предсердный участки. Такие сложные структуры позволяют изучать действие препаратов, избирательно влияющих на функции разных отделов сердца.
Авторы отмечают, что наиболее впечатляющие результаты были получены при заселении устройств шестью разными клеточными линиями. Три из них были выращены из клеток пациентов с гипертрофией левого желудочка, тогда как остальные три – из клеток людей, не страдающих этим заболеванием.
Это был «слепой» эксперимент, никто из проводивших исследователей не знал, кому принадлежат клетки. Однако по мере их роста в устройстве, ткань из клеток пациентов с гипертрофией левого желудочка безошибочно определялась по слабой сократительной способности, являющейся одним из основных признаков заболевания.
Возможность с точностью воспроизводить проявления заболевания сердца открывает новые возможности для персонализированной медицины. Помимо изучения прогрессии заболевания конкретного пациента, модель ткани сердца можно использовать для скрининга нескольких потенциальных методов лечения одновременно. Это, путем исключения, в конечном итоге позволит определить наиболее эффективный терапевтический подход.
Тогда как до такого применения еще далеко, платформа Biowire II уже нашла свое применение в коммерческой компании, тестирующей для фармацевтических компаний сердечные препараты на выращенных в лаборатории культурах сердечной ткани.
Статья Yimu Zhao et al. A Platform for Generation of Chamber-Specific Cardiac Tissues and Disease Modeling опубликована в журнале Cell.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of Toronto: U of T Engineering researchers design ‘training gym’ for lab-grown heart cells.