Учёные создали миниатюрное сердце в пробирке

Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) успешно использовали стволовые клетки, имитировав процесс развития человеческого сердца. В результате получилось «мини-сердце», или органоид. Научный отчёт об этом опубликовали в журнале Nature Biotechnology. Достигнутый успех позволит глубже понять начальные стадии развития сердца и поспособствует исследованиям кардиологических заболеваний.


Человеческое сердце начинает формироваться примерно через три недели после зачатия, часто в период, когда многие женщины ещё не знают, что беременны. Поэтому знания науки о сложных нюансах первых дней развития человеческого «мотора» относительно ограничены. К тому же выводы из исследований на животных не совсем применимы к людям. Вот почему для научного сообщества высока важность органоида, созданного в TUM.

Разработали метод создания своего рода «мини-сердца» профессор регенеративной медицины в области сердечно-сосудистых заболеваний Алессандра Моретти с коллегами. Для этого использовали плюрипотентные стволовые клетки, то есть способные развиваться в разные типы тканей. Около 35 тыс. клеток сворачивают в шар в центрифуге. В течение нескольких недель в культуру по установленному протоколу добавляют различные сигнальные молекулы, чтобы запустить процесс и имитировать программу развития сердца.

Получающиеся органоиды имеют диаметр около полумиллиметра. Хотя они не перекачивают кровь, их можно стимулировать электрическим током, и тогда они сокращаются, подобно камерам человеческого сердца. Профессор Моретти и её команда стали первыми исследователями в мире, которым удалось успешно создать органоид, содержащий как клетки сердечной мышцы (кардиомиоциты), так и клетки внешнего слоя сердечной стенки (эпикард). В молодой истории сердечных органоидов — первые результаты появились в 2021 году — учёные ранее создавали только органоиды с кардиомиоцитами и клетками из внутреннего слоя сердечной стенки (эндокарда).

Для понимания того, как формируется сердце, клетки эпикарда имеют решающее значение, добавила доктор Анна Майер, соавтор исследования. Из этих клеток образуются другие типы клеток сердца, например, соединительных тканей и кровеносных сосудов. Эпикард также играет очень важную роль в формировании камер сердца. Вот почему создатели назвали новые органоиды соответствующим образом — «эпикардиоиды».

Наряду с методом получения органоидов команда сообщила о других открытиях. При анализе отдельных клеток они определили, что клетки-предшественники лишь недавно обнаруженного у мышей типа образуются примерно на седьмой день развития органоида. Из этих клеток формируется эпикард. Учёные предполагают, что эти клетки также существуют в организме человека, хотя бы в течение нескольких дней.

Открытия могут также дать ключ к пониманию того, почему сердце плода может восстанавливаться само, а ведь такая способность почти полностью отсутствует у сердца взрослого человека. Эти знания могли бы помочь найти новые методы лечения сердечных приступов и других патологических состояний.

Группа исследователей также показала, что органоиды могут быть полезны для изучения заболеваний отдельных пациентов. Используя плюрипотентные стволовые клетки страдающего синдромом Нунан, исследователи создали органоиды, которые имитировали в чашке Петри характеристики генетической аномалии. В ближайшие месяцы учёные планируют использовать сопоставимые с определёнными болезнями органоиды для исследования других врождённых пороков сердца.

Благодаря возможности имитировать различные состояния сердца в органоидах в будущем можно будет тестировать лекарства непосредственно на них. Алессандра Моретти полагает, что такие тесты могли бы снизить потребность в экспериментах на животных при разработке лекарств.

Исследователи зарегистрировали международный патент на процесс создания органоидов сердца. Но эпикардиоидная модель — лишь один из нескольких подобных проектов TUM. В Центре органоидных систем будут сотрудничать рабочие группы из различных отделов и кафедр. Они проведут междисциплинарные исследования органоидов поджелудочной железы, мозга и сердца с использованием современной визуализации и клеточного анализа. Так они изучат формирование органов, возникновение рака и нейродегенеративных заболеваний.