Сердечно-сосудистые заболевания — одна из основных проблем со здоровьем во всем мире, особенно потому, что сердце не может восстановить себя: если кардиомиоциты потеряны в результате травмы или болезни, у них будет лишь минимальная способность к регенерации. Ученые пытались разработать способы регенерации сердца с помощью кардиомиоцитов, выращенных из клеток пациента, взятых из кожи или крови.
Чтобы добиться успеха, эти кардиомиоциты должны реагировать на окружающую сердечную мышцу и интегрироваться с ней.
Но в настоящее время незрелость и, как следствие, нерегулярное биение кардиомиоцитов человека, полученных из стволовых клеток, ограничивают их полезность для регенеративной медицины и биологических исследований.
«Мы сделали захватывающее открытие», — говорит Вуньяк-Новакович. «Мы применили электрическую стимуляцию, чтобы созреть эти клетки, отрегулировать их сократительную функцию и улучшить их способность связываться друг с другом. Фактически, мы обучили клетку адаптироваться к ритму биения сердца, улучшили организацию важных сердечных белков и помогли клеткам стать более взрослыми. Это предварительное кондиционирование является важным шагом к созданию надежных клеток, которые могут быть полезны для широкого спектра применений, включая изучение биологии кардиомиоцитов, тестирование лекарств и терапию стволовыми клетками.
И мы думаем, что наш метод может привести к снижению аритмии во время клеточной регенерации сердца."
Вуньяк-Новакович работал с Джорджем Энгом и Бенджамином Ли, оба из которых недавно получили докторскую степень в Департаменте биомедицинской инженерии. Они также являются докторами медицинских наук и соавторами исследования. Команда вырастила кардиомиоциты, полученные из стволовых клеток человека, и преобразовала их в трехмерные структуры.
Затем они подвергли эти структуры электрическим сигналам, имитирующим здоровое сердце, — всего за одну неделю. Они показали, что эта электрическая стимуляция увеличивает связность кардиомиоцитов и регулярность сокращения мышц.
Исследователи планируют провести фундаментальные исследования того, как незрелое сердце развивает свою функцию сердцебиения, и выяснить, будут ли «кондиционированные» кардиомиоциты беспрепятственно интегрироваться с сердечной мышцей и обеспечивать синхронизированную функцию сердцебиения.
«Сердце — орган удивительной сложности, в нем около 3 миллиардов клеток, которые бьются синхронно в ответ на электрические сигналы», — отмечает Вуньяк-Новакович. "Наша способность резюмировать биологию с помощью инструментов биоинженерии продолжает стимулировать нашу работу и быть источником вдохновения. Нам часто напоминают, что это может быть лучшее время для проведения исследований в области биомедицинской инженерии!"
Бенджамин Ли добавляет: «Как студент инженерного факультета и медицины, я особенно заинтересован в том, как электрически кондиционированные кардиомиоциты можно использовать в клиническом контексте."