Эта трехмерная модель левого желудочка сердца была спроектирована с помощью нановолоконного каркаса, засеянного клетками сердца. Его можно использовать для изучения заболеваний, тестирования лекарств и разработки специфических для пациента методов лечения сердечных заболеваний, таких как аритмия. (Люк Маккуин и Майкл Роснач / Гарвардский университет)
Исследователи Гарвардского университета разработали трехмерную модель желудочка левого сердца человека, которая может быть использована для изучения заболеваний, тестирования лекарств и разработки специфичных для пациента методов лечения сердечных заболеваний, таких как аритмия.
Ткань спроектирована с помощью нановолоконного каркаса, засеянного клетками сердца человека. Эшафот действует как 3D-шаблон, направляя клетки и их сборку в камеры желудочков, которые били in vitro. Это позволяет исследователям изучать функцию сердца, используя многие из тех же инструментов, которые используются в клинике, включая петли давления и ультразвук.
Исследование опубликовано в Nature Biomedical Engineering .
«Долгосрочная цель этого проекта заключается в замене или дополнении моделей на животных человеческими моделями и особенно человеческими моделями, характерными для пациента», — сказал Люк Маккуин, первый автор исследования и постдокторант из SEAS и Wyss. «В будущем стволовые клетки пациента могут быть собраны и использованы для создания моделей тканей, которые повторяют некоторые особенности всего их органа».
«Удивительная дверь открыта, чтобы сделать более физиологические модели реальных болезней пациентов», — сказал Уильям Пу , профессор педиатрии Гарвардской медицинской школы, и главный преподаватель HSCI и соавтор статьи. «Эти модели разделяют не только мутации пациента, но и весь генетический фон пациента».
Ключом к созданию функционального желудочка является воссоздание уникальной структуры ткани. В естественных сердцах параллельные волокна миокарда действуют как эшафот, направляя кирпичные сердцевидные клетки сердца, чтобы выровнять и собрать между концами, образуя полые конусообразные структуры. Когда сердце бьется, клетки расширяются и сжимаются, как аккордеон.
Чтобы сделать желудочек, исследователи использовали комбинацию биодеградируемых полиэфирных и желатиновых волокон, которые собирались на вращающемся коллекторе в форме пули. Поскольку коллектор вращается, все волокна выравниваются в одном направлении.
«Важно переформулировать структуру естественной мышцы, чтобы получить желудочки, которые функционируют подобно их естественным аналогам», — сказал Маккуин. «Когда волокна выровнены, ячейки будут выровнены, что означает, что они будут проводить и сокращать то, что делают нативные клетки».Исследователи насытили ткань изопротеренолом, препаратом, подобным адреналину, и измеряли по мере того, как скорость ритма увеличивалась так же, как и в сердцах людей и крыс.Для лучшего изучения желудочка в течение длительных периодов времени исследователи построили автономный биореактор с отдельными камерами для дополнительных клапанных вставок, дополнительных портов доступа для катетеров и дополнительных вспомогательных возможностей желудочков.
Используя человеческие кардиомиоциты из индуцированных стволовых клеток, исследователи смогли культивировать желудочки в течение 6 месяцев и измерить стабильные петли давления. «Тот факт, что мы можем изучать этот желудочек в течение длительных периодов времени, действительно является хорошей новостью для изучения прогрессирования заболеваний у пациентов, а также лекарственной терапии, которые требуют времени, чтобы действовать», — сказал Маккуин.
Далее, исследователи стремятся использовать полученные от пациента, предварительно дифференцированные стволовые клетки, для посева желудочков, что позволит обеспечить более высокую пропускную способность ткани.
«Мы начали с изучения того, как создавать сердечные миоциты, затем сердечные ткани, затем мышечные насосы в виде имитатора морских организмов, а теперь и желудочек», — сказал Паркер. «По пути мы выяснили некоторые фундаментальные законы проектирования мышечных насосов и разработали идеи о том, как исправить сердце, когда эти законы нарушаются болезнью. Нам предстоит долгий путь, чтобы построить четырехкамерное сердце, но наш прогресс ускоряется ».
Источник HARVARD (Гарвард)
Отправить ответ