Искусственное сердце станет настоящей палочкой-выручалочкой для людей с сердечной недостаточностью. Тем не менее, чтобы воссоздать сложный орган в лаборатории, нужно сначала понять, как выращивать многослойные живые ткани. Исследователи из Empa подошли на шаг ближе к этой цели: с помощью процесса распыления они создали функционирующие мышечные волокна.
Любой, кому требуется трансплантация из-за сердечной недостаточности, должен надеяться на подходящий донорский орган. Искусственное сердце, которое не вызывает никаких реакций отторжения в организме после имплантации, было бы элегантной альтернативой. В рамках проекта Zurich Heart исследовательского альянса University Medicine Zurich, партнером которого является компания Empa, в настоящее время разрабатывается такое искусственное сердце. Чтобы гарантировать, что лабораторный насос переносится организмом, цель состоит в том, чтобы окутать и покрыть его тканью человека, как плащ-невидимку. До сих пор культивирование многослойных функциональных тканей было серьезной проблемой в перспективной области "Тканевая инженерия". Исследователям Empa удалось превратить клетки в мышечные волокна в трехмерном синтетическом полимерном каркасе.
"Человеческое сердце естественным образом состоит из нескольких слоев разных тканей," объясняет Лукас Вайденбахер из лаборатории биомиметических мембран и текстиля Empa в Санкт-Петербурге. Галлен. Мышечные волокна в подкладке играют решающую роль в структуре, поскольку они отвечают за стабильность и гибкость постоянно бьющегося сердца. Однако культивирование мышечных волокон, которые растут в несколько слоев, является сложной задачей, потому что сначала клетки должны быть встроены в трехмерный каркас. "Конечно, можно создавать трехмерные полимерные структуры, которые очень напоминают ткани человека, например, с помощью так называемого электроспиннинга," говорит Вайденбахер. При этом тонкие нити жидкого полимера переплетаются наподобие натуральной ткани. Но вредные растворители, необходимые для этого процесса, являются ядом для чувствительных клеток.
Защита от слюни
Поэтому исследователи Empa упаковали ценные клетки в защитные капсулы. Желатиновые оболочки содержат от одной до двух ячеек каждая. Это защищает клетки от растворителей. Специальный процесс распыления, называемый электрораспылением, позволяет вводить капсулы в поры скрученного каркаса. "Защищенные таким образом клетки очень хорошо переносят опрыскивание," объясняет материаловед. И как только клетки обосновались в желаемом месте, желатиновая капсула растворяется в течение нескольких минут.
Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают, что клетки чувствуют себя как дома в своем синтетическом полимерном гнезде: как только капсулы растворяются, незрелые клетки-предшественники начинают соединяться и созревать, образуя удлиненные мышечные волокна. Цель состоит в том, чтобы получить структуру, максимально напоминающую естественную мышечную ткань. "Поскольку искусственное сердце постоянно перфузируется кровообращением, важно, чтобы качество поверхностей предотвращало коагуляцию," говорит Вайденбахер.
Незаметен для иммунной системы
Исследователи использовали незрелые мышечные клетки линии клеток мыши в серии экспериментов. Эти клетки-предшественники дифференцировались в каркас и продуцировали белки, которые обычно встречаются в мышцах. Однако в будущем цель состоит в том, чтобы покрыть имплантируемое искусственное сердце клетками, происходящими от самих пациентов. Таким образом можно было бы вырастить личное сердце для пациента, который остается "невидимый" для иммунной системы организма.