Сердце на «липучке»
Клетки сердца, соединённые полимерной застёжкой-«липучкой», работают как одно целое.
Клетки сердца, как и многие другие, можно выращивать в лабораторных условиях. Но если мы выращиваем их не просто так, а с целью пересадить больному вместо погибшего кусочка сердечной мышцы, то тут начинаются проблемы. В сердце клетки развиваются в специфическом окружении, их поддерживают и направляют специальные белки, которые помогают им превратиться в сократительное мышечное волокно. Клетки же, выращенные «в пробирке», в лабораторной культуре, лишённые направляющих молекулярных сил, оказываются аморфным и слабыми. Они могут возбуждаться и сокращаться, но они проделывают это несогласованно и разнонаправленно. А нам как раз нужно, чтобы выращенная ткань работала как одно целое, чтобы все клетки, которые её образуют, сокращались вместе и в одном направлении.
Очевидно, чтобы клетки получались такими как надо, нужно смоделировать для них природные, естественные условия развития. Два года назад Милица Радисик (Milica Radisic) и сотрудники её лаборатории в Университете Торонто предложили использовать здесь нить из шёлкового шовного материала, используемого в хирургии для сшивания ран. Шёлк здесь работал как опорная структура, помогающая клеткам вытягиваться в одном направлении, подобно тому, как они формируют мышечное волокно в сердце. Но нить задаёт только одно направление, тогда как живая ткань растёт во все стороны. И в дальнейшем исследователям пришлось усовершенствовать свой метод, создав трёхмерный каркас для выращивания сердечно-мышечной ткани.
В статье в Science Advances авторы описывают, как получить многослойный образец сердечной ткани, который сокращался бы как одно целое. Клетки выращивают на сетке из специального биосовместимого и биодеградируемого полимера; ячеи сетки многоугольные и напоминают пчелиные соты, только они вытянуты в одну сторону. Выросшие на такой сетке, клетки тоже вытягиваются, и, если через них пропустить электрический импульс, они все сокращаются в одном направлении, сгибая полимерный каркас, на котором держатся. На первую сетку накладывается вторая, которая снабжена особыми Т-образными выступами. Эти выступы прочно соединяют оба клеточно-полимерных слоя. Принцип действия здесь такой же, как в застёжке-липучке, две половинки которой соединяются по принципу репейника: микрокрючочки на одной половине цепляются за микропетли на другой половине. После совмещения слоёв они опять же сокращались синхронно и в одном направлении. По словам исследователей, в экспериментах им удавалось так сложить до трёх слоёв, используя разные рисунки сеток.
В идеале новый метод позволит в буквальном смысле штопать сердце после инфарктов: из стволовых клеток пациента выращивается сколь угодно большой фрагмент ткани, по форме и толщине подходящий взамен погибшего участка сердечной мышцы. Сам полимер, на котором растут клетки, не доставит никаких хлопот – через несколько месяцев он рассасывается без следа. Есть и другой плюс: выращивая клетки таким способом, нам не нужно потом прилагать дополнительные усилия, чтобы снять их с субстрата, на котором они росли – иными словами, не нужно подвергать их механическому стрессу, и можно не бояться их повредить. Эту же технологию можно использовать и для выращивания других тканей. Например, уже удалось показать, что кроме кардиомиоцитов, с помощью таких сеток можно выращивать соединительнотканные фибробласты и клетки эндотелия.
В последнее время биологи активно пытаются решить проблему трёхмерных клеточных культур и пространственной организации колоний клеток. Всё-таки обычные клеточные слои, растущие в лабораторной культуральной посуде, сильно отличаются от того, как те же клетки существуют в упорядоченной трёхмерной структуре органа. Мы неоднократно писали о попытках вырастить объёмный фрагмент органа: в прошлом году, например, это был «минижелудок» от сотрудников Медицинского центра при детской больнице Цинциннати, а в начале минувшего лета появились сообщения о том, что в Стэнфорде удалось получить микроаналог полушарий мозга. Что же до «сердца на липучке», то здесь остаётся ждать результатов клинических испытаний – хотелось бы надеяться, что фрагменты ткани, выращенные таким способом, смогут переносить реальные сердечные нагрузки.
