Успехи последних лет в изучении плюрипотентных стволовых клеток обеспечили ученых надежным источником кардиогенных клеток. Однако пока нет методов тканевой инженерии, позволяющих получить из сердечных клеток-предшественников трехмерную ткань с правильно расположенными клетками, способную адекватно реагировать на электрические импульсы, проводить возбуждение и соответственно сокращаться.

Американские ученые из Duke University разработали метод, дающий возможность создать высоко функциональную ткань сердца из генетически очищенных кардиомиоцитов (КМ) и кардиоваскулярных клеток-предшественников (КВП), дифференцировавшихся из мышиных эмбриональных стволовых клеток. Для правильного выстраивания клеток в матриксе из фибринового гидрогеля, давшего основу этой трехмерной ткани, использовали специальные сигналы.

На первом этапе работы были оптимизированы процедуры выделения, очистки и функциональной дифференцировки КМ и КВП в однослойной культуре, чтобы получить устойчивые межклеточные связи и максимальную скорость распространения потенциала действия. Затем методом мягкой литографии (versatile soft-lithography technique) был изготовлен участок трехмерной сердечной ткани.

В то время как очищенные КМ объединялись в функционирующий трехмерный синцитий только при поддержке и питании другими клетками, КВП дифференцировались в кардиомиоциты, клетки гладкой мускулатуры и эндотелия, самостоятельно формируя функциональную сердечную ткань.

После выращивания в культуре в течение времени, сравнимого со временем мышиного эмбрионального развития (21 день), сердечная ткань достигла высокого уровня трехмерной организации и функциональной дифференцировки. По своим характеристикам она в высокой степени была сходна с естественной тканью сердца новорожденного мышонка. В частности, ее отличали: 1) плотно и правильно расположенные, высокодифференцированные и электромеханически объединенные кардиомиоциты, 2) быстрое проведение потенциала действия (22-25 см/с), 3) значительная сила сокращения – до 2 мН.

По мнению доктора П.И. Катуняна, главного врача московского Центра медико-биологических технологий, полученные результаты представляют собой большой успех в тканевой инженерии сердечной ткани, основанной на использовании стволовых клеток. Они обеспечивают основу для значительного прогресса в тканевой инженерии с использованием аутологичных плюрипотентных стволовых клеток для лечения болезней сердца.

Материалы исследования представлены в статье Liau B, Christoforou N, Leong KW, Bursac N. Pluripotent stem cell-derived cardiac tissue patch with advanced structure and function.