Согласно статистическим данным, заболевания сердца, в том числе инфаркт миокарда, являются основной причиной смертности во всем мире. При инфаркте миокарда клетки сердечной мускулатуры погибают из-за нарушения кровотока. Организм человека не способен замещать погибшие кардиомиоциты, поэтому на месте повреждения формируется не способная к сокращению рубцовая ткань, что автоматически помещает пациента в группу повышенного риска по нарушению сердечной функции и развитию сердечной недостаточности.
Авторы разработали биоинженерную «заплатку» для восстановления таких повреждений. Для этого они использовали метод трехмерной биопечати для инкорпорирования человеческих клеток в каркас из желатин-метакрилатового геля. Для формирования полноценной мышечной ткани каркас населяли смесью клеток (кардиомиоцитов, гладкомышечных и эндотелиальных клеток в соотношении 2:1:1), полученных из человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК).
Созданная с помощью 3D-печати «заплатка» на фоне мышиного сердца
Уже в течение первых суток после заселения каркаса эти клетки начинали формировать кальциевые потенциалы и синхронно сокращаться. При этом частота смены фаз сокращения и расслабления, а также пиковая амплитуда кальциевого потенциала значительно увеличивались в течение последующих 7 дней.
При имплантации засеянной клетками «заплатки» в зону повреждения сердца мышиной модели инфаркта миокарда исследователи наблюдали значительное повышение функциональной способности сердца уже в течение четырех недель после имплантации. Помимо улучшения сердечной функции у животных экспериментальной группы, по сравнению с животными группы контроля, наблюдалось улучшение таких показателей, как размер зоны инфаркта, уровень апоптоза клеток, плотность сосудистой сети, количество артериол и скорость пролиферации клеток. При этом биосовместимость каркаса обеспечила его полное растворение в организме.
Авторы отмечают, что принципиальное отличие их разработки от более ранних заключается в том, что созданный ими каркас является трехмерной структурной копией ткани сердца, трафарет для создания которой был получен путем цифрового трехмерного сканирования образца ткани. В настоящее время они работают над созданием более крупной «заплатки», которая будет протестирована на свином сердце, размер которого сопоставим с размером сердца человека.
Статья Ling Gao et al. Myocardial Tissue Engineering With Cells Derived From Human-Induced Pluripotent Stem Cells and a Native-Like, High-Resolution, 3-Dimensionally Printed Scaffoldопубликована в журнале Circulation Research.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of Minnesota:
3D-printed patch can help mend a broken heart
