Биоинженеры из Массачусетского центрального госпиталя, Гарвардской медицинской школы и Гарвардского института стволовых клеток (США) вырастили человеческое сердце. Это еще один важный шаг в развитии регенеративной медицины.
Правда, пока непонятно будет ли такое сердце работать в организме. Впрочем уже сейчас оно может использоваться для разработки и тестирования новых лекарств для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Но вот до того, как можно будет использовать такое сердце или кусочки сердечной ткани для трансплантации, пройдет еще как минимум лет десять, считают авторы.
О своем достижении они сообщают в свежем выпуске журнала Circulation Research.
Выращивать клетки сердца из стволовых клеток ученые научились довольно давно. Например, кардиомиоциты уже умеют выращивать из клеток кожи животных и человека. Из выращенных в лаборатории кардиомиоцитов научились получать и кусочки тканей сердца, и небольшие органоиды.
Но от этих исследований до создания целого органа – функционального сердца – огромное расстояние.
Первая сложность – получение «скелета» или каркаса для сердца. Над этой проблемой авторы нынешнего исследования, которым руководил доцент, доктор Гаральд Отт (Harald Ott), начали работать еще в 2008 году. За это время им удалось разработать методику получения каркаса (ученые называют его скаффолдом) для легких и почек крыс и более крупных животных.
В своей нынешней работе ученые впервые использовали эту методику для создания «скелета» для человеческого сердца.
В качестве исходного материала в донорском банке New England Organ Bank авторы взяли сердце у 73 умерших людей, органы которых были непригодны для пересадки. Затем избавили сердца от клеток – этот процесс называется «децеллюризация». После этого остался «скелет», состоящий из коллагена и эластина – основных белков соединительной ткани.
Очень важно, что методика, разработанная учеными, позволила сохранить не только «скелет», но и кровеносные сосуды, пронизывающие сердце. Проблема создания такой сети сосудов или васкуляризация выращенных органов – одна из самых сложных в регенеративной медицине.
Затем сердечный «скелет» ученые засеяли кардиомиоцитами, полученными с помощью прямого перепрограммирования из человеческих фибробластов – клеток кожи. И поместили около 500 млн. таких кардиомиоцитов в область стенки левого желудочка.
После этого на 14 дней «скелет» с кардиомиоцитами погрузили в биореактор с питательной и кислородосодержащей средой, которая напоминала ту среду, в которой работает человеческое сердце. Через 14 дней клетки образовали трехмерную структуру и стали сокращаться в ответ на электрические импульсы.
Как говорят авторы, это, безусловно, большой успех.
Тем не менее, остается нерешенной проблемой «заставить» пересаженные клетки развиваться в разные функциональные типы. Ведь помимо кардиомиоцитов, в сердце находятся эпителиальные клетки и гладкомышечные. Вообще, стволовым клеткам свойственна так называемая «сайт специфичность», когда они развиваются в разные типы в зависимости от положения в органе. Но вот в лабораторных условиях добиться от них этого очень сложно.
«Создание мышечной ткани сердца из собственных клеток кожи пациентов и целого сердца – очень важный шаг. Это позволит выращивать модели сердца для подбора терапии индивидуально для каждого пациента с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Очень важны такие модели и при разработке лекарств и новых методов лечения. Мы будем работать над этим. В будущем кусочки выращенной сердечной ткани могут использоваться для трансплантации в поврежденный участок сердца, например, после инфаркта миокарда. Но для этого должно пройти не менее десяти лет. Полностью выращенный орган для пересадки – это уже реальность далекого будущего», - говорит доктор Отт.
