Биоинженерная модель левого желудочка сердца человека

Исследователи из Гарвардского университета создали трёхмерную модель левого желудочка сердца человека. Эта ткань может использоваться для изучения болезней, тестирования лекарств и разработки персонализированных методов лечения таких состояний, как аритмия.

Модель создана с использованием нановолоконного каркаса, засеянного клетками человеческого сердца. Каркас служит трёхмерным шаблоном, направляя сборку клеток в сокращающиеся in vitro желудочковые камеры. Это позволяет изучать функцию сердца с помощью инструментов клинической практики, включая петли "давление-объем" и ультразвук.

Исследование опубликовано в Nature Biomedical Engineering.

Ключевая технология: вытягивание нановолокон

Для воссоздания уникальной структуры сердечной ткани использовалась платформа pull spinning. Высокоскоростная вращающаяся щетка погружается в полимерный раствор, вытягивает каплю в струю, которая затвердевает и наматывается на коллектор.

Желудочек создавался из биодеградирующего полиэстера и желатиновых волокон, собранных на вращающемся коллекторе пулевидной формы. Вращение обеспечивает параллельное выравнивание всех волокон, что критически важно для правильного проведения сигнала и сокращения клеток.

Функциональность и применение модели

После культивирования каркаса с кардиомиоцитами крыс или человека (из индуцированных стволовых клеток) за 3–5 дней формировалась тонкая стенка ткани с синхронно бьющимися клетками.

• Модель реагировала на изопротеренол (аналог адреналина) увеличением частоты сокращений, как живое сердце.
• Исследователи моделировали инфаркт миокарда, проделывая отверстия в желудочке.
• Для долгосрочных исследований была создана автономная биореакторная система.
• Используя человеческие кардиомиоциты, удавалось культивировать желудочки 6 месяцев и регистрировать стабильные петли "давление-объем".

Перспективы и значение

Долгосрочная цель — замена или дополнение животных моделей человеческими, в том числе созданными из клеток конкретных пациентов.

"В будущем стволовые клетки пациента можно будет собрать и использовать для построения тканевых моделей, которые воспроизводят некоторые особенности всего его органа", — отметил первый автор исследования Люк Маккуин.

"Открывается захватывающая возможность создавать более физиологичные модели реальных болезней пациентов. Эти модели содержат не только мутации пациента, но и весь его генетический фон", — добавил соавтор Уильям Пу.

Следующий шаг — использование предварительно дифференцированных стволовых клеток пациентов для "засева" желудочков, что позволит наладить их массовое производство.