Состав человеческого сердца: исследователи определили ключевые пропорции

Фундаментальное исследование, опубликованное в журнале PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), определило оптимальную структуру и соотношение клеток, связанные с функцией сердца. Это открытие позволило команде впервые создать живую трёхмерную модель человеческой аритмической ткани.

Исследователи из Института биоматериалов и биомедицинской инженерии (IBBME) Университета Торонто и Центра регенеративной медицины Макьюэна впервые попытались определить и сформулировать точный тип и соотношение типов клеток, которые производят высокофункциональную сердечную ткань.

"Сердца состоят не только из одного типа клеток", — пояснил Нималан Тавандиран, аспирант IBBME и первый автор исследования. До сих пор учёные не знали, как смешивать разные типы клеток в инженерной сердечной ткани, чтобы достичь состава и уровня зрелости, как у настоящего человеческого сердца.

Тавандиран решил эту задачу, методично разделяя разные типы клеток, полученные из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, и точно смешивая их обратно. Используя метрики, связанные с функциональными сердцами — сокращение, электрическая активность и выравнивание клеток, — он смог разработать формулу для создания высокофункциональной сердечной ткани.

Ключевое открытие:

• Оптимальный состав: смесь из 25% сердечных фибробластов (клеток, похожих на кожные) и 75% кардиомиоцитов (клеток сердца) показала наилучшие результаты.
• Эти точно составленные клеточные смеси выращивались в трёхмерных "проводах", имитирующих структуру ткани человеческого сердца.

Практическое применение:

• Миниатюризация: "Мы можем миниатюризировать ткани в микро-ткани человеческого сердца, которые можно использовать для измерения реакции нормального и больного человеческого сердца на лекарства", — подчеркнул профессор Питер Зандстра, автор-корреспондент исследования.
• Модель аритмии: Используя правильный клеточный состав, исследователи создали первую в мире трёхмерную модель ткани с аритмией. Команда смогла применить электрические импульсы к аритмическим тканям, "возвращая" нерегулярно бьющуюся ткань в состояние регулярных сокращений.

Значение для науки и медицины:

Поскольку клетки человеческого сердца сложно выращивать, возможность создавать высокофункциональную сердечную ткань из человеческих стволовых клеток имеет жизненно важное значение для кардиологических исследований.

"Теперь мы можем объединить эти знания о составе с электрической и механической стимуляцией, чтобы получить по-настоящему биомиметическую систему, необходимую для исследований сердца", — отметила автор-корреспондент доцент Милица Радишич.

Подчеркивая острую потребность в высокофункциональной сердечной ткани для важных исследований по скринингу лекарств, Тавандиран добавил: "Мы прилагаем действительно большие усилия, чтобы вывести эту модель на рынок". Команда уже сотрудничает с Центром коммерциализации регенеративной медицины (CCRM) для коммерциализации своей платформы моделирования тканей.