Чтобы сделать трёхмерное подобие сердца, клетки сердечной мышцы посадили на упругий полимерный цилиндр.
Полимерная камера, которая служит опорой для клеток сердца. (Фото: Boston University)
Открыть в полном размере
Чтобы лучше понять, как работают человеческие органы, исследователи в последнее время создают так называемые органоиды: из стволовых клеток выращивают крохотные подобия желудка, кожи, почек, кишечника и т. д. Польза от органоидов в том, что в них есть разные клетки, организованные в пространственную структуру. Конечно, органоид – далеко не то же самое, что настоящий большой орган, но он намного больше похож на него, чем лабораторная культура клеток. С органоидом можно выполнять разные эксперименты, которые иначе и не сделаешь: например, миниорганам можно давать разные токсины, только что разработанные лекарства и пр.
Но есть один орган, для которого органоид до сих пор сделать не получается – это сердце. Все попытки вырастить минисердце заканчиваются просто комком сокращающихся клеток, у которых нет никакой пространственной структуры. Правда, почти год назад мы писали, что у исследователей из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук сердечный органоид получился, но похож он был на сердце двадцатипятидневного эмбриона.
Сотрудники Бостонского университета попробовали решить проблему иным путём: они сконструировали минисердце из клеток, посаженных на гибкую основу, которая выглядела как полый цилиндр с решётчатыми стенками; стенки были сделаны из сложного полимера, обработанного лазером. В камере было отверстие, к которому подходили тонкие трубки, а само отверстие замыкал клапан, вроде тех, которые есть в сердце. Смысл сердечных клапанов в том, чтобы обеспечивать однонаправленный ток крови, чтобы она не оттекала обратно в тот сосуд, из которого пришла – и искусственный клапан в полимерной камере работал точно так же.
В целом конструкция напоминала сердечный желудочек, только очень маленький, размером всего 3 см2. Чтобы он начал сокращаться, на стенки камеры сажали сердечные клетки, выращенные из индуцированных стволовых клеток человека. Напомним, что индуцированные стволовые клетки получают из обычных специализированных клеток кожи, или крови, или ещё каких-нибудь: их обрабатывают специальным молекулярным коктейлем, чтобы они забыли свои функции и обратились в детство, то есть стали стволовыми клетками, способными превращаться в кого угодно. Затем им дают новые молекулярные инструкции, направляющие их развитие в ту или иную сторону – например, в сторону кардиомиоцитов, то есть клеток сердечной мышцы. Кардиомиоциты в полимерной камере начали сокращаться, и кровь – точнее, жидкость, которую пока что использовали в экспериментах вместо крови – пошла через минисердце.
Полимерный каркас не просто дал форму группе клеток – он ещё и обеспечил им должную нагрузку. Чтобы сердечный органоид был как можно более похож на настоящее сердце, клетки должны работать, причём в той же мере, что и клетки в настоящем миокарде. Настроив параметры полимерных запчастей в этом устройстве, можно создать сердечным клеткам условия работы, наиболее близкие к реальности. И тогда все эксперименты с ними будут давать более-менее достоверные результаты. Кстати, такое минисердце можно использовать и в клинических исследованиях: например, взяв у человека клетки кожи, превратив их в сердечные клетки и посадив на полимерную пружинную стенку, можно узнать, всё ли нормально у него с сердцем на клеточном уровне.