Выращивание сердечной ткани

Исследователи разработали способ выращивания человеческой сердечной ткани, который может служить моделью для верхних камер сердца, известных как предсердия. Ткань, полученная из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (hiPCS),сокращается, выражает гены и реагирует на лекарства так же, как и реальные предсердия.

Модель может быть полезна для оценки лекарств и механизмов заболевания для фибрилляции предсердий – наиболее распространенного типа аритмии.

Кардиомиоциты

В отличие от стандартной 2D-культуры, кардиомиоциты, полученные из стволовых клеток, культивировались таким образом, чтобы они образовывали сердечную ткань, напоминающую сердечную мышцу предсердий. В частности, клетки проявляли экспрессию предсердных генов, сократительную силу, сжатие и кинетикурелаксации, электрофизиологические свойства и фармакологические отклики на предсердные селективные препараты. По мнению авторов, сконструированная сердечная ткань может служить моделью предсердий человека как для механических исследований фибрилляции предсердий, так и для доклинического скрининга лекарств.

«Это первый случай, когда человеческая сердечная ткань предсердий генерируется in vitro из принципиально неограниченного источника hiPSC», – говорит основной автор Марта Лемме из Медицинского центра университета Гамбург-Эппендорф. «Это может быть полезно как для академических лабораторий, так и для фармацевтической промышленности, потому что для тестирования потенциально новых лекарств нам необходимо создать in vitro модель фибрилляции предсердий. И первым шагом в этом направлении является получение клеток, которые напоминают кардиомиоциты предсердий человека».

Полностью транс-ретиноевая кислота

Лемме и со-автор исследования Томас Эшенхаген из Медицинского центра Университета Гамбург-Эппендорф решили достичь этой цели, создав предсердные кардиомиоциты из hiPSCс использованием метаболита витамина А, называемого полностью транс-ретиноевая кислота. Этот метод включает генетическое перепрограммирование клеток крови или кожи, взятых от доноров от человека, до эмбрионального состояния, подобного стволовым клеткам, а затем обработки этих незрелых клеток с помощью полностью транс-ретиноевой кислоты для превращения их в предсердные кардиомиоциты.

«Данное исследование представляет собой комбинацию дифференциации hiPSC в кардиомиоциты предсердий с 3D-средой»,- говорит Лемме. «Фактически, мы показали, что трехмерная среда благоприятствует дифференциации к фенотипу предсердий по сравнению со стандартной 2D-культурой.Особое значение нашего исследования – прямое сравнение нашей трехмерной инженерной ткани сердца с врожденной человеческой предсердной тканью,полученной от пациентов на молекулярном и функциональном уровнях».

Моделирование предсердий

Более 33 миллионов человек во всем мире страдают от фибрилляции предсердий, и распространенность этого заболевания растет. Несогласованные высокочастотные сокращения в предсердиях увеличивают риск возникновения тромбов, инсульта и сердечной недостаточности. К сожалению, существующие методы лечения, такие как антиаритмические препараты, имеют ограниченную эффективность и могут вызывать побочные эффекты. Более того, развитию новых лекарств препятствует трудность изоляции и поддержания кардиомиоцитов предсердий человека или клеток сердечной мышцы. Модели на животных имеют ограниченную прогностическую силу, поскольку они не точно представляют физиологию кардиомиоцитов человека.

«Эти полоски предсердных мышц представляют собой прекрасную возможность моделировать фибрилляцию предсердий в экспериментах и тестируемых препаратах»,- говорит Лемме. «Тем не менее, улучшения могут быть достигнуты, чтобы достичь еще более высокого сходства с тканью предсердий человека. Для нас следующим шагом является тестирование различных способов индукции аритмий, изучение механизмов электрического ремоделирования фибрилляции предсердий и испытания новых потенциальных лекарств».

MartaLemme, Bärbel M. Ulmer, Marc D. Lemoine, Antonia T.L. Zech, Frederik Flenner,Ursula Ravens, Hermann Reichenspurner, Miriam Rol-Garcia, Godfrey Smith, ArneHansen, Torsten Christ, Thomas Eschenhagen.

Atrial-like Engineered Heart Tissue: An In Vitro Model of the HumanAtrium.

Stem Cell Reports,2018; DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.10.008