Исследователи вырастили ткань сердца путем посева смеси человеческих клеток на каркас с разрешением 1 микрон, сделанный с помощью трехмерного принтера. Клетки организовались в каркас, чтобы создать сконструированную ткань сердца, которая синхронно бьется в культуре. Когда человеческий пластырь для сердечной мышцы был хирургическим путем помещен на сердце мыши после сердечного приступа, это значительно улучшило работу сердца и уменьшило количество мертвой сердечной ткани.
"Наша новая техника является первой, которая обеспечивает разрешение 1 микрометр или меньше," исследователи сообщили в журнале Circulation Research. Этот прогресс тканевой инженерии является важным шагом на пути к предотвращению сердечной недостаточности после сердечного приступа. Такие сердечные приступы составляют почти половину из 7.3 миллиона случаев смерти от болезней сердца во всем мире ежегодно.
Сердце не может регенерировать мышечную ткань после того, как сердечный приступ убил часть мышечной стенки. Эта мертвая ткань может растягивать окружающие мышцы, что приводит к смертельному увеличению сердца. Специалисты по кардиологии давно мечтают создать новую ткань, которая могла бы заменить поврежденную мышцу и защитить сердце от расширения после сердечного приступа.
Исследователи во главе с Цзяньи "Джей" Чжан, М.D., Ph.D., Университет Алабамы в Бирмингеме и Бренда Огл, доктор философии.D., Университет Миннесоты, смоделировал каркас после трехмерного сканирования внеклеточного матрикса кусочка ткани миокарда мыши. Внеклеточный матрикс – это совокупность соединений, секретируемых клетками, которые обеспечивают структурную поддержку и амортизацию, чтобы удерживать ткани вместе.
Используя многофотонную трехмерную печать, команда затем создала поперечные связи между внеклеточными белками, растворенными в фотореактивном желатине. Когда несшитый желатин был смыт, фотополимеризованный внеклеточный белковый каркас, который остался, повторял форму внеклеточного матрикса с полостями на месте клеток.
Этот нативный каркас был засеян смесью 50000 кардиомиоцитов, гладкомышечных клеток и эндотелиальных клеток, полученных из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток или hiPSC. Этот участок сердечной мышцы толщиной около четырех тысячных дюйма и площадью восемь сотых дюйма начал биться в течение одного дня после посева, а скорость и сила сокращений значительно увеличились в течение следующей недели.
Исследователи обнаружили, что каркас правильно выровнял мышечные клетки, аналогично естественной сердечной ткани, и клетки показали плавную волну электрического сигнала, движущуюся через пластырь, жизненно важную часть электрофизиологии, которая передает сокращение сердца через предсердия или желудочки. Оказалось, что нативная структура каркаса способствует здоровому электрическому и механическому функционированию клеток.
Когда два пластыря были трансплантированы на инфарктное сердце мыши, наблюдалось значительное улучшение показателей сердечной функции, плотности кровеносных сосудов и пролиферации клеток, а также уменьшение размера инфаркта и запрограммированной гибели клеток или апоптоза.
"Таким образом, полученные для этого отчета патчи сердечной мышцы на основе hiPSC могут представлять собой важный шаг на пути к клиническому использованию технологии трехмерной печати," Чжан, Огл и его коллеги написали. Они также сказали, "Насколько нам известно, это первый случай, когда модулированное растровое сканирование было успешно использовано для управления изготовлением тканевой основы, и, следовательно, наши результаты особенно актуальны для приложений, которые требуют наличия фибриллярных и сетчатых структур, присутствующих в сердечной ткани. ткань."