Российское «сердце в пробирке» поможет ученым тестировать лекарства
. Ученые из МФТИ и Института цитологии и генетики СО РАН создали особую культуру сердечных клеток, которая позволяет быстро и дешево оценивать безопасность лекарств для жизни человека. Их выводы и методика создания аналогичных «сердец в пробирке» была представлена в журнале Toxicological Sciences.
«Наш тест можно использовать для разных целей. К примеру, его можно применять для получения здоровых клеток сердца и тестирования новых препаратов. Кроме того, он подходит и для составления паспорта чувствительности конкретного человека к разным лекарствам. Иными словами, в перспективе он станет инструментом персонализированной медицины», — рассказывает Константин Агладзе, профессор МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Сердце человека и животных — уникальный орган, чьи клетки могут одновременно спонтанно вырабатывать электрические импульсы и сокращаться, не требуя для этого постоянного потока «команд» из спинного или головного мозга. Импульсы тока вырабатывают так называемые «клетки-водители», а кардиомиоциты, мускульные клетки, используют их для воспроизведения сокращений и расслабления в нужные моменты времени.
Агладзе и его коллеги уже несколько лет изучают нарушения, возникающие в работе сердца из-за сбоев в работе этих клеток и контактов между ними. Это, как надеются ученые, в конечном итоге поможет медикам предсказывать наступление аритмии и других проблем с работой сердечной мышцы и предотвращать их. Недавно его команда создала своеобразное «сердце Франкенштейна», заставив клетки сердечной ткани, извлеченные из тела двух разных видов животных, соединиться и биться в унисон.
Используя результаты этих опытов, недавно ученые создали первую компьютерную модель сердечной ткани, которая, как показали их наблюдения, точно воспроизводит все электрические и механические процессы, которые происходят внутри бьющегося сердца.
Успешный «запуск» виртуального сердца заставил Агладзе и его команду задуматься о создании его аналога в реальном мире, используя перепрограммированные стволовые клетки, превращенные в различные компоненты сердечной мышцы, в том числе и «генераторы» электрических импульсов.
Другие ученые достаточно давно начали выращивать аналоги сердечной ткани из стволовых клеток, однако у них не получалось заставить подобные культуры кардиомиоцитов биться примерно так же, как это делает реальное сердце.
Российские ученые решили эту проблему, несколько поменяв стратегию выращивания «сердца в пробирке». Когда стволовые клетки размножились и объединились в несколько слоев, ученые нанесли на их поверхность несколько почти невидимых надрезов, резко поменявших их поведение.
Подобные «шрамы», как объясняют исследователи, мешают нормальному распространению импульсов, вырабатываемых клетками водителями, превращая их в своеобразные спиральные волны, распространяющиеся от центра пробирки к ее краям. Если в питательной среде содержатся вещества, вызывающие или усиливающие аритмию, то в сердечной «ткани» появятся новые копии этой волны, что будет сразу заметно для экспериментаторов, если заставить мышечные клетки светиться при сокращениях.
Подобную установку, как отмечают ученые, можно использовать для быстрой проверки лекарств, минуя стадию их тестирования на животных. В будущем, подобным образом можно будет одновременно проверять сразу несколько препаратов, что еще больше удешевит и ускорит их разработку.