«Сердце-на-чипе» научили сокращаться по-человечески

Трехмерная искусственная сердечная ткань, полученная из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК), или «сердце-на-чипе», продемонстрировала схожие с миокардом взрослого человека сокращения. Изменения сокращений ткани в случае использования кардиотерапевтических или кардиотоксических соединений совпадали с реакцией нормального сердца. Авторы статьи в Toxicological Sciences утверждают, что на этой модели уже можно тестировать разрабатываемые препараты.

Сокращение сердечной мышцы состоит из последовательности событий: возбуждение клеточной мембраны, выход ионов кальция из эндоплазматической сети, сокращение и расслабление волокон. Многие лекарственные препараты могут отрицательно влиять на работу сердца, поэтому перед выходом на рынок они проходят тщательную проверку. Существующие модели, однако, не полностью воспроизводят работу сердца взрослого человека: кардиомиоциты, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК), больше похожи на клетки сердца плода.

Недавно ученым удалось создать новый модельный объект из иПСК: трехмерную искусственную сердечную ткань (ИСТ), которую назвали «сердце-на-чипе». Для этого гель с иПСК и сердечными фибробластами поместили в микролунки с волокнами, а спустя семь дней культивирования клетки сформировали ИСТ, подвешенную на волокнах.

В новом исследовании группе ученых из компаний TARA Biosystems и GlaxoSmithKline под руководством Рузбеха Ашара-Собби (Roozbeh Aschar-Sobbi) удалось показать, что сокращения ИСТ могут быть схожи с сокращениями миокарда сердца взрослого человека: через семь недель после культивирования и шести недель электрической стимуляции они наблюдали у ткани усиление силы сокращения в ответ на учащение стимулов и после отдыха.

Исследователи рассмотрели влияние нескольких препаратов на сокращение ИСТ. Например, они использовали омекамтив мекарбила, который стимулирует АТФазную активность головок миозина, усиливая сокращения. В концентрации 10 мкМ/литр препарат увеличивал силу сокращения ИСТ в 2,6±0,3 раза, а также — время сокращения и расслабления. А вот мавакамтен — ингибитор АТФазной активности — в концентрации 10 мкМ/литр полностью останавливал сокращения.

Также ученые протестировали и препараты, влияющие на сигнал от β-адренэргических рецепторов, кальциевые каналы, натрий-кальциевый обмен, кальциевую помпу, тропонин и фосфолипазу C. Изменения сокращений ИСТ во всех случаях совпадали с реакцией сердца взрослого человека. Авторы работы, таким образом, пришли к выводу, что «сердце-на-чипе» можно использовать для выявления возможных эффектов разрабатываемых препаратов на сердце.

Недавно мы писали, что прием полезной бактерии Akkermansia muciniphia пациентами с метаболическим синдромом может снизить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета. Интересно, что сердечный приступ можно определять по характеру дыхания — для этого был разработан специальный алгоритм.

Екатерина Харыбина