Стволовые клетки помогут в борьбе с аритмией
Исследователи разработали методику выращивания тканей сердца человека, которые могут служить моделью предсердий для клинических исследований аритмии.
Искусственная ткань, полученная из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) человека, сокращается, экспрессирует гены и реагирует на препараты так же, как и ткань настоящих сердечных камер человека. Модель, описанная 8 ноября в журнале Stem Cell Reports, может использоваться для оценки эффективности лекарств при фибрилляции предсердий – наиболее распространённом типе аритмии.
В отличие от стандартной двумерной культуры, кардиомиоциты, полученные из стволовых клеток, культивировались в специальных условиях, чтобы сформировать 3-D структуру, которая сокращалась и напоминала сердечную мышцу предсердий.
В частности, клетки демонстрировали сократительную силу, кинетику сокращения и расслабления, электрофизиологические свойства, фармакологические ответы на специфические селективные препараты и экспрессию генов, характерные для предсердий.
По мнению авторов исследования, сконструированная сердечная ткань может использоваться как для механистических исследований аритмии, так и для доклинического скрининга лекарств.
«Это первый случай, когда сердечная ткань предсердий создаётся in vitro из практически неограниченного источника иПСК человека», — говорит первый автор статьи Марта Лемме (Marta Lemme) из Университетской клиники Гамбург-Эппендорф (University Medical Center Hamburg-Eppendorf).
«Это может быть полезным как для академических лабораторий, так и для фармацевтической промышленности, поскольку для тестирования потенциальных новых лекарств нам необходимо создать in vitro модель фибрилляции предсердий. И первым шагом в этом направлении является получение клеток, которые напоминают кардиомиоциты предсердий человека».
Лемме и ведущий автор исследования Томас Эшенхаген (Thomas Eschenhagen) из Университетской клиники Гамбург-Эппендорф решили достичь цели, создав кардиомиоциты предсердий из иПСК с использованием метаболита витамина А, известного как политрансретиноевая кислота.
Данный метод заключается в генетическом перепрограммировании клеток крови или кожи, полученных у людей-доноров, до эмбрионального состояния, подобного стволовым клеткам. Затем полученные незрелые клетки обрабатывают политрансретиноевой кислотой для превращения их в кардиомиоциты предсердий.
«Новизна этого исследования заключается в комбинации 3-D среды с дифференцировкой иПСК человека в кардиомиоциты предсердий», — говорит Лемме. «Фактически, мы продемонстрировали, что трёхмерная среда более благоприятна для формирования фенотипа клеток предсердий по сравнению со стандартной двумерной культурой. Особая ценность нашего исследования – непосредственное сравнение на молекулярном и функциональном уровнях нашей сконструированной 3-D ткани сердца с естественной тканью предсердий человека, полученной от пациентов».
Более 33 миллионов человек во всём мире страдают от фибрилляции предсердий. И это число постоянно растёт. Быстрый нерегулярный предсердный ритм увеличивает риск возникновения тромбов, может привести к инсульту и сердечной недостаточности.
К сожалению, существующие методы лечения, такие как антиаритмические препараты, имеют ограниченную эффективность и могут иметь побочные эффекты. Кроме того, разработка новых лекарственных препаратов осложняется трудностями изоляции и поддержания жизнеспособной культуры кардиомиоцитов предсердий человека или клеток сердечной мышцы. Модели животных имеют ограниченную прогностическую силу, поскольку они не точно представляют физиологию кардиомиоцитов человека.
«Эти [выращенные] полоски сердечной мышцы представляют собой прекрасную модель для изучения фибрилляции предсердий в чашке Петри и тестирования препаратов», — говорит Лемме.
«Тем не менее, ещё предстоят улучшения для достижения более высокого сходства с тканью предсердий человека. Следующим для нас шагом является тестирование различных способов индукции аритмий, изучение механизмов электрического ремоделирования фибрилляции предсердий и испытания новых потенциальных лекарств».
