Чашка Петри с больным сердцем

Чтобы понять механизм сердечного недуга, специалисты превратили клетки кожи в клетки сердечной мышцы, изучили нарушения в их работе и... вылечили болезнь.

Технология перепрограммирования клеток помогла сотрудникам медицинского факультета Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) смоделировать модель болезни сердца и разобраться в ее механизмах на клеточном уровне. Болезнь распознается по нарушению конфигурации зубцов на электрокардиограмме (ЭКГ). Интервал между зубцом Q и зубцом T при этом увеличивается – нарушение так и называют синдромом длинного QT-интервала. Изменение картины электрической активности сердца свидетельствует об изменении проводимости сердечной мышцы – миокарда. Такая патология может привести к опасным последствиям – желудочковой аритмии и внезапной остановке сердца.

Одна из форм генетически вызванного удлинения QT-интервала носит название синдрома Тимоти. Специалистам известно около 10 мутаций, вызывающих эту болезнь (они встречаются у одного из 7 тысяч человек). Но знать генетические дефекты -- не то же самое, что понимать, как именно они работают. Исследовать синдром Тимоти, например, на мышах, проблематично: слишком по-разному бьются человеческое и мышиное сердца: у мыши частота сокращений миокарда достигает 500 в минуту. А исследовать «в пробирке» человеческие клетки сердечной мышцы – кардиомиоциты сложно из-за способа их получения. Биопсия сердца – сложная и небезопасная процедура.

Сердце из кожи

Доцент нейробиологии Рикардо Долмеч (Ricardo Dolmetsch) и его коллеги нашли выход в том, чтобы сделать кардиомиоциты из клеток кожи человека – фибробластов. Тем более, что методика такого превращения известна. Исследователи взяли фибробласты из кожи двух пациентов, страдающих синдромом Тимоти, а также (для контроля) из кожи пяти здоровых добровольцев. Сначала они перепрограммировали фибробласты в плюрипотентные клетки (обладающие способностью к дифференцировке по множественным путям, как эмбриональные стволовые клетки). Затем полученные клетки при помощи биохимических реакций ученые превратили в кардиомиоциты, которые несли те же самые мутации, что и фибробласты сердечных больных. Причем, в чашке Петри появились разные типы кардиомиоцитов – предсердия, желудочка и синусового узла (в последнем расположены клетки – водители ритма, которые дирижируют работой всего органа). Разные типы клеток сгруппировались между собой, создав миниатюрную модель, похожую на однокамерное сердце.

Узнать причину и подобрать лекарства

На такой модели исследователи увидели различия между клетками здоровых и больных. «Модельные сердца» сокращались. Причем, здоровые -- с нормальной сердечной скоростью (60 в минуту), а мутантные – вдвое реже (около 30 в минуту). Кроме того, сокращения мутантных кардиомиоцитов отличались нерегулярностью. Потенциал действия – изменение электрического потенциала на клеточной мембране, лежащее в основе проведения импульса, у мутантных клеток оказался втрое медленнее, чем у контрольных. С использованием конфокального микроскопа и специального индикатора на ионы кальция биологи измерили кальциевую проводимость и нашли, что у мутантных кардиомиоцитов поток ионов кальция через мембрану изменен.

Получилась клеточная модель синдрома длинного QT-интервала, которую можно было использовать для поиска лекарств, которые бы восстанавливали нормальные показатели электрической активности. Ученые проверили на ней один лекарственный препарат и убедились, что он работает. «Мы показали, что технологию «болезни в чашке Петри» можно использовать для проверки лекарственной терапии сердечного заболевания», -- сказал Рикардо Долмеч.

О своей модели ученые написали в последнем выпуске Nature.