В U.S., у кого-то случается сердечный приступ каждые 40 секунд, и все же у исследователей не было модели, полностью имитирующей то, что происходит в сердце человека после сердечного приступа.
Группа исследователей из Медицинского университета Южной Каролины (MUSC) и Университета Клемсона недавно сообщила в статье в Nature Biomedical Engineering, что они разработали сердечные органоиды человека диаметром менее 1 миллиметра, которые очень похожи на физиологические условия, возникающие в сердце. атака.
Команду возглавил биоинженер Ин Мэй, Ph.D., который занимает совместную должность преподавателя в MUSC и Университете Клемсона. Он является частью программы MUSC Clemson Bioengineering, в рамках которой биоинженеры Клемсона и докторанты по биоинженерии размещаются в кампусе MUSC, чтобы они могли взаимодействовать с клиницистами, нуждающимися в технических решениях. Ведущий автор статьи Дилан Ричардс, доктор философии.D., является выпускником совместной программы.
"По сути, мы смогли взять эту трехмерную сложную природу сердечного приступа, а затем превратить ее в модель микроткани," сказал Ричардс.
Органоиды – это трехмерные многоклеточные ткани диаметром менее 1 миллиметра. Эти органоиды или микроткани функционируют как их полноразмерные аналоги. В этом случае органоиды сердца на самом деле бьются и сокращаются, как человеческое сердце. В этой модели используются индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, почти как "родительские клетки," которые делятся и созревают на несколько типов сердечных клеток, которые взаимодействуют и самоорганизуются, чтобы сформировать органоид.
Традиционно биологи используют клетки в блюдах или животных моделях, таких как мыши или крысы, для моделирования изучаемых заболеваний. У этих методов есть свои недостатки, которые преодолевает модель органоида.
Клетки в чашке отлично подходят для изучения вещей на клеточном уровне, но для клеток очень неестественно расти в двух измерениях на плоской поверхности.
Модели на животных очень полезны в следующих шагах к повторению того, что происходит в человеческом теле, но органоиды, особенно сердечные, наиболее близки к воссозданию того, что происходит в организме человека.
"Сердца крыс и мышей бьются в 5-10 раз быстрее, чем у людей," Ричардс объяснил. "Как эти механизмы работают физически – электрофизиология и насосное действие – просто различаются из-за масштаба."
Напротив, сердечный органоид воссоздает человеческую версию сердца и очень напоминает тканевую дисфункцию, которая возникает после нехватки кислорода, вызванной сердечным приступом. Поскольку очень трудно получить образец сразу после сердечного приступа, большая часть того, что мы знаем о сердечных приступах, основывается на наблюдениях, сделанных спустя много времени после первоначальной нехватки кислорода. Модель органоида заполняет этот пробел, обеспечивая визуализацию сразу после кислородного голодания.
"Это может помочь нам лучше понять, как клетки реагируют в краткосрочной перспективе и, в свою очередь, как это уступает место долгосрочным повреждениям," сказал Ричардс о модели органоидов.
Эта модель также позволяет исследователям проверить, улучшают ли сердечные препараты исход сердечного приступа.
"Это может помочь нам определить, эффективно ли лекарство в предотвращении некоторых из этих повреждений или предотвращении пагубной реакции на нехватку кислорода," объяснил Ричардс.
Модель также может предоставить способ проверить, безопасно ли лекарство, безопасное для здорового сердца, и для больного. Такая информация может помочь врачам более правильно назначать лекарства пациентам, у которых на момент сердечного приступа уже были сердечные заболевания.
Короче говоря, модель дает исследователям понимание ранних событий сердечного приступа, которых у них раньше не было. Но Мэй намерена сделать модель еще лучше, включив в нее иммунные клетки. Иммунные клетки отвечают за очистку от мертвых клеток, вызванных сердечным приступом, но тем самым они могут определить, какую роль иммунные клетки играют в реструктуризации сердечной ткани после повреждения из-за нехватки кислорода. Лаборатория Mei хотела бы изучить, как они это делают, в надежде предотвратить смерть поврежденных, но все еще живых участков сердца.
Мэй также хотела бы изучить влияние генетики пациентов на их исходы. Его лаборатория в настоящее время работает над созданием органоидов из клеток пациентов с различными результатами. Затем эти органоиды можно использовать, чтобы помочь нам более полно понять, как конкретный генетический профиль пациента влияет на его или ее выздоровление.
"Мы не первые, кто повторяет реакцию на клеточном или даже на тканевом уровне. Однако я бы сказал, что мы первые, кто суммирует реакцию на уровне органов," сказал Мэй.
Особое примечание: Мэй, Ричардс и их соавторы хотели бы посвятить эту работу своему дорогому другу и соавтору Крейгу Бисону, Ph.D., кто погиб от рака до публикации своей статьи.