Биологи вырастили маленькие человеческие сердца из стволовых клеток
Ученым впервые удалось вырастить в культуре человеческое мини-сердце. В органоиде сформировались все основные типы сердечных клеток, а также структуры, похожие на коронарные сосуды и камеры сердца. Маленькие сердца регулярно сокращались, а по строению, развитию и экспрессии генов органоиды были похожи на настоящие сердца человеческого эмбриона. Протокол создания таких сердец прост и воспроизводим, пишут ученые в препринте на портале bioRxiv.
Сердечно-сосудистые заболевания — основная причина смертности в мире, а с врожденным пороком сердца рождается около одного процента детей. Исследование этих болезней затруднено из-за ограниченного выбора модельных объектов: работы проводят в основном на органах животных или клеточных культурах, которые по физиологическим, анатомическим и биохимическим особенностям отличаются от сердца человека.
Удобным решением было бы выращивание целых искусственных сердец in vitro из стволовых клеток — так создают, например, органоиды почек или кишечника. В последние десятилетия биологи научились выращивать из стволовых клеток разнообразные клеточные линии и целые ткани сердца, однако пока никому не удавалось смоделировать в культуре развитие целых органоидов, которые анатомически и гистологически были бы близки к человеческому сердцу.
Ученые из США под руководством Айтора Агирре (Aitor Aguirre) из Университета штата Мичиган разработали протокол выращивания сердечных органоидов. Человеческие плюрипотентные стволовые клетки центрифугировали так, что те слипались в шарообразные структуры, а затем выращивали поочередно в средах с разными концентрациями активатора и ингибитора сигнального пути Wnt.
К 15 дню выращивания сформировался двухслойный органоид сферической формы: снаружи клетки эпикарда, внутри — кардиомиоциты. Уже на шестой день клеточный шар начал сокращаться, а к десятому биение стало регулярным. Органоид был пронизан сетью эндотелиальных клеток с просветом, похожую на систему коронарных сосудов. Кроме того, в искусственном сердце сформировалось несколько пустот, выстланных эндотелием и напоминающих камеры сердца. Формирование сосудов и камер удалось усилить, когда в среду добавили два морфогена: BMP4 и активин A.
Секвенирование РНК органоида на разных сроках подтвердило, что стадии его развития такие же, как у сердца человеческого эмбриона. В органоиде экспрессировались гены, обеспечивающие главные функции сердца: проводимость, сократимость, кальциевый обмен. Ученые также обнаружили в органоиде все главные типы клеток сердца, в том числе клетки эпикарда, эндотелия, эндокарда и фибробласты. Такого гистологического разнообразия и генетического сходства с настоящим сердцем не удавалось достичь в однослойных клеточных культурах.
В заключение авторы работы подчеркнули, что придуманный ими протокол прост (достаточно обычного для выращивания клеточных линий оборудования) и воспроизводим. Полученный сердечный органоид по разнообразию клеток и морфологической организации похож на сердце человеческого эмбриона, а значит, на нем можно изучать как нормальное развитие сердца, так и его отклонения.
Органоиды некоторых других органов ученые научились успешно выращивать уже давно. Мы писали, например, о мини-кишечнике с нервной системой и мини-плаценте, а выращиванию мозга «в пробирке» и возникающим этическим проблемам посвящен наш материал «Из головы вон».
Алиса Бахарева
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.