Клетки сердца, соединённые полимерной застёжкой-«липучкой», работают как одно целое.

Клетки сердца, как и многие другие, можно выращивать в лабораторных условиях. Но если мы выращиваем их не просто так, а с целью пересадить больному вместо погибшего кусочка сердечной мышцы, то тут начинаются проблемы. В сердце клетки развиваются в специфическом окружении, их поддерживают и направляют специальные белки, которые помогают им превратиться в сократительное мышечное волокно. Клетки же, выращенные «в пробирке», в лабораторной культуре, лишённые направляющих молекулярных сил, оказываются аморфным и слабыми. Они могут возбуждаться и сокращаться, но они проделывают это несогласованно и разнонаправленно. А нам как раз нужно, чтобы выращенная ткань работала как одно целое, чтобы все клетки, которые её образуют, сокращались вместе и в одном направлении.

Волокна сердечной мышцы с капилляром и возбудительным волокном Пуркинье, передающим сократительный сигнал. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)

Срез сердечной мышцы под микроскопом. (Фото Dr. Gladden Willis / Visuals Unlimited / Corbis.)

Слои полимерной сетки-липучки для выращивания сердечных клеток. (Фото Milica Radisic Lab.)

Очевидно, чтобы клетки получались такими как надо, нужно смоделировать для них природные, естественные условия развития. Два года назад Милица Радисик (Milica Radisic) и сотрудники её лаборатории в Университете Торонто предложили использовать здесь нить из шёлкового шовного материала, используемого в хирургии для сшивания ран. Шёлк здесь работал как опорная структура, помогающая клеткам вытягиваться в одном направлении, подобно тому, как они формируют мышечное волокно в сердце. Но нить задаёт только одно направление, тогда как живая ткань растёт во все стороны. И в дальнейшем исследователям пришлось усовершенствовать свой метод, создав трёхмерный каркас для выращивания сердечно-мышечной ткани.

В статье в Science Advances авторы описывают, как получить многослойный образец сердечной ткани, который сокращался бы как одно целое. Клетки выращивают на сетке из специального биосовместимого и биодеградируемого полимера; ячеи сетки многоугольные и напоминают пчелиные соты, только они вытянуты в одну сторону. Выросшие на такой сетке, клетки тоже вытягиваются, и, если через них пропустить электрический импульс, они все сокращаются в одном направлении, сгибая полимерный каркас, на котором держатся. На первую сетку накладывается вторая, которая снабжена особыми Т-образными выступами. Эти выступы прочно соединяют оба клеточно-полимерных слоя. Принцип действия здесь такой же, как в застёжке-липучке, две половинки которой соединяются по принципу репейника: микрокрючочки на одной половине цепляются за микропетли на другой половине. После совмещения слоёв они опять же сокращались синхронно и в одном направлении. По словам исследователей, в экспериментах им удавалось так сложить до трёх слоёв, используя разные рисунки сеток.  

В идеале новый метод позволит в буквальном смысле штопать сердце после инфарктов: из стволовых клеток пациента выращивается сколь угодно большой фрагмент ткани, по форме и толщине подходящий взамен погибшего участка сердечной мышцы. Сам полимер, на котором растут клетки, не доставит никаких хлопот – через несколько месяцев он рассасывается без следа. Есть и другой плюс: выращивая клетки таким способом, нам не нужно потом прилагать дополнительные усилия, чтобы снять их с субстрата, на котором они росли – иными словами, не нужно подвергать их механическому стрессу, и можно не бояться их повредить. Эту же технологию можно использовать и для выращивания других тканей. Например, уже удалось показать, что кроме кардиомиоцитов, с помощью таких сеток можно выращивать соединительнотканные фибробласты и клетки эндотелия.

В последнее время биологи активно пытаются решить проблему трёхмерных клеточных культур и пространственной организации колоний клеток. Всё-таки обычные клеточные слои, растущие в лабораторной культуральной посуде, сильно отличаются от того, как те же клетки существуют в упорядоченной трёхмерной структуре органа. Мы неоднократно писали о попытках вырастить объёмный фрагмент органа: в прошлом году, например, это был «минижелудок» от сотрудников Медицинского центра при детской больнице Цинциннати, а в начале минувшего лета появились сообщения о том, что в Стэнфорде удалось получить микроаналог полушарий мозга. Что же до «сердца на липучке», то здесь остаётся ждать результатов клинических испытаний – хотелось бы надеяться, что фрагменты ткани, выращенные таким способом, смогут переносить реальные сердечные нагрузки.