Заплатка с искусственными клетками восстановила сердце после инфаркта
Ученые создали заплатку для восстановления сердца после инфаркта миокарда. В клеточную матрицу из миокарда свиньи поместили искусственные стромальные клетки сердца, которые содержали паракринные факторы живых клеток человека.
Заплатка для сердца из бесклеточного матрикса миокарда свиньи (справа снизу). Сверху справа: из стромы сердца человека выделяют секрет и заключают его в биодеградируемые микрочастицы, такие искусственные клетки помещают внутрь скаффолда. Здесь и ниже рисунки из статьи Huang et al.
Накладка способствовала восстановлению тканей и улучшению работы сердца после искусственно вызванного инфаркта миокарда у крыс и свиней, не вызвала отторжения и не была токсичной. Даже после заморозки на месяц заплатка не потеряла свои свойства. Исследование опубликовано в журнале Science Translational Medicine (Huang et al., An off-the-shelf artificial cardiac patch improves cardiac repair after myocardial infarction in rats and pigs).
Ишемическая болезнь сердца – одна из основных причин смерти во всем мире. После болезни происходят необратимые изменения, например, при инфаркте миокарда развивается некроз (отмирание) участка сердца. После инфаркта начинается процесс репарации, который часто приводит к аритмии и сердечной недостаточности. Влиять на этот процесс и запускать регенерацию сердечной ткани ученые пробуют с помощью клеточной терапии: стромальные клетки сердца, например, выделяют паракринные факторы, которые воздействуют на поврежденные кардиомиоциты.
Однако живые клетки очень уязвимы, перед трансплантацией их нужно содержать в особых условиях, чтобы они сохранили жизнеспособность, поэтому клеточная терапия трудоемка и дорога. Пересаженные клетки легко вымываются из-за активных сокращений сердца, и количество прижившихся клеток обычно невелико. То, что осталось, может атаковать иммунитет, если трансплантация не аутологична. Кроме того, механизм действия клеточной терапии не до конца ясен, а недифференцированные клетки могут бесконтрольно делиться и превращаться в опухоли.
Кэ Хуан (Ke Huang) из Университета штата Северная Каролина и его коллеги создали заплатку с синтетическими стромальными клетками сердца. Чтобы сделать искусственные клетки, из стромы сердца человека выделили секрет и поместили его в биодеградируемые микрочастицы из полимолочной-со-гликолевой кислоты. Эти капсулы с помощью вакуумной фильтрации внедрили в матрицу из бесклеточного матрикса миокарда свиньи. Преимущества такой модели состоят в том, что бесклеточную заплатку легко хранить (можно замораживать) и она не вызывает отторжение.
Заморозка на разные сроки, вплоть до 28 дней, не повлияла на способность накладки выделять факторы и на ее механические характеристики. Как искусственные клетки сами по себе, так и целая заплатка (свежая или замороженная) стимулировали дифференциацию и снижали клеточную гибель неонатальных крысиных кардиомиоцитов в культуре по сравнению с контролем (p<0,05). Аналогичные результаты получили и на культуре человеческих предшественников кардиомиоцитов.
Чтобы проверить свойства заплатки in vivo, у крыс вызывали инфаркт миокарда, перевязывая левую нисходящую ветвь коронарной артерии. К поврежденному участку прикрепляли накладку диаметром пять миллиметров или делали инъекцию искусственных клеток миокарда.
Клетки, которые не удерживала матрица, вымывались из миокарда, тогда как заплатка эффективно задерживала их. Чужеродный предмет не привлекал к себе T-клетки или макрофаги и не вызывал иммунное отторжение. Сердце крыс, у которых была заплатка, выбрасывало больше крови, размер некротизированного при инфаркте участка стал меньше, под накладкой появилось больше жизнеспособных тканей и капилляров, а толщина стенки желудочка увеличилась. Эффект накладки сохранился и после того, как ее заморозили.
Срезы сердца крыс, окрашенные гематоксилином и эозином. Слева – контроль, посередине накладка из пустого скаффолда, справа накладка с искусственными клетками. Снизу от пунктирной линии накладка, сверху пораженные инфарктом ткани сердца. Внутри мелкой пунктирной линии на правой картинке – жизнеспособная ткань.
Затем ученые протестировали накладку на модели инфаркта миокарда у свиней. Сердце этих животных анатомически похоже на человеческое, поэтому их часто используют для доклинических испытаний. В ходе операции на открытом сердце свиньям перевязывали левую нисходящую ветвь коронарной артерии, а затем на поврежденный участок помещали накладку диаметром 3,5 сантиметра. Через семь дней животных подвергали эвтаназии для гистологических исследований сердца.
Через неделю на электрокардиограмме у свиней с накладкой сегмент ST, который становится куполообразным при инфаркте миокарда, вернулся в норму, в отличие от контрольных животных. Размер поврежденной области в миокардах с заплатками значительно уменьшился (p=0,0158). По сравнению с результатом, который получили через 24 часа после операции, на седьмой день были увеличены фракция выброса левого желудочка и сократимость сердца. В крови свиней, у которых были накладки, не увеличилась концентрация иммунных клеток, а значит, не было реакции отторжения.
Как у крыс на 21 день после операции, так и у свиней на седьмой концентрация аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы в крови не была повышена. Это говорит о том, что накладка не нарушила работу печени. Такой же вывод авторы сделали и про почки, измерив концентрацию креатинина и азота мочевины крови.
В клеточной терапии болезней сердца используют и стволовые клетки. Однако оказалось, что они не делятся в сердце, а мертвые клетки так же эффективны, как и живые. Значит, их действие опосредовано другими факторами, в том числе воспалительным процессом.
Алиса Бахарева, N+1
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
