Создан биологический кардиостимулятор из стволовых клеток
Канадским учёным из Центра регенеративной медицины МакЮэн (McEwen Centre for Regenerative Medicine) впервые удалось вырастить из стволовых клеток клетки водителя ритма сердца. Результаты работы, опубликованной 12 декабря 2016 года в Nature Biotechnology, открывают альтернативный путь для создания биологических кардиостимуляторов с помощью регенеративной медицины.
Кардиомиоциты синусно-предсердного узла (узла Киса-Флака), являющегося водителем ритма сердца (пейсмейкером), были выращены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСк) человека за 21 день. Полученные клетки успешно функционировали в сердцах крыс, генерируя электрические импульсы, инициирующие сердечные сокращения.
Плюрипотентные стволовые клетки способны дифференцироваться в более 200 различных типов клеток, формирующих все органы и ткани организма.
Клетки узла Киса-Флака являются первичным водителем ритма сердца, контролируя сердцебиение на протяжении всей жизни. Дефекты пейсмейкера могут привести к нарушению ритма сердцебиения, которое обычно лечат с помощью имплантации электронного кардиостимулятора.
Изучение формирования клеток синусно-предсердного узла могут облегчить понимание природы их дефектов. Также данные исследования помогут в получении кардиомиоцитов для разработки биологического кардиостимулятора, который станет многообещающей альтернативой электронным устройствам, способным адаптироваться к размерам сердца у детей.
Учёные из Центра МакЮэн при Университетской сети здравоохранения (University Health Network, UHN) использовали подход, основанный на биологии развития, чтобы создать протокол для формирования клеток пейсмейкера.
«Наша работа – это биология человека в чашке Петри», — говорит Гордон Келлер (Gordon Keller), директор Центра МакЮэн и старший автор статьи. «Мы воспроизвели естественный путь создания клеток водителя ритма сердца».
Основываясь на результатах прошлых исследований на моделях животных, учёные из Центра МакЮэн изучили и наметили специфический путь дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток в кардиомиоциты узла Киса-Флака. Это было достигнуто с помощью тестирования различных сигнальных молекул в разные периоды времени в течение 21 дня, чтобы направить клетки к окончательной целевой спецификации.
«Было непросто. Необходимы «правильные» сигнальные молекулы в «правильной» концентрации в нужное время, чтобы стимулировать стволовые клетки», — говорит доктор Стефани Протзе (Stephanie Protze), первый автор статьи.
«Мы понимаем важность точности в биологии развития, которая определяет формирование и рост организмов. Поэтому мы воспроизводим ту же самую точность в чашке Петри, копируя те же процессы», — добавляет доктор Келлер.
После того как команда установила сигнальные пути, активирующие различные стадии формирования клеток водителя ритма сердца, они продемонстрировали, что полученные кардиомиоциты пейсмейкера могут инициировать и регулировать сердцебиение у крыс.
Исследователи отметили, что клинические испытания таких биологических кардиостимуляторов на людях начнутся не ранее, чем через 5-10 лет. Пока учёные намерены запустить доклиническое изучение безопасности и надёжности полученных клеток.
Исследователи также отметили, что используя клетки пациентов, могут применять свою новую технологию для изучения дисфункции синусно-предсердного узла в лабораторных условиях и тестирования лекарственных препаратов.
В долгосрочной перспективе учёные надеются разработать биологический кардиостимулятор для трансплантации пациентам, который, в случае успеха, даст надежду на пожизненное излечение.
