Как бьется сердце размером с кунжутное семя, выращенное в пробирке
Эта странная пульсирующая масса — первый самоорганизующийся миниатюрный орган, напоминающий человеческое сердце
Простые сердцевидные органы, или кардиоиды, создавались в лабораториях и раньше, но только с использованием каркаса, формы или матрицы, вокруг которой собирались клетки. Однако новая кардиоидная модель фактически построила себя сама. Все, что нужно было сделать ученым, — это «уговорить» плюрипотентные стволовые клетки с помощью шесть сигнальных путей, которые, как известно, координируют развитие сердца у человеческого эмбриона.
В других исследованиях уже удавалось вырастить самоорганизующиеся органоиды глаза, мозга и кишечника с использованием аналогичных методов передачи сигналов. Эти сигналы приводят к дифференцировке стволовых клеток (т.е. позволяет им выбрать путь будущего развития), что дает возможность искусственному органу или органоиду формировать отдельные слои при строгом контроле ученых.
Спустя всего одну неделю лабораторных работ исследователи заметили, что изначально бесформенная масса клеток сформировала трехмерную структуру, которая могла ритмично биться, накачивая и выдавливая жидкость внутрь своей полости.
Человеческое сердце — это самый первый орган, который образуется у эмбриона, и он очень сложен. Ученые до сих пор не уверены, как именно развиваются и формируются все особенности сердца по мере взросления будущего человека. Без этих знаний непонятно, как и почему возникают определенные пороки развития и заболевания сердца, а значит мы не можем выработать оптимальную стратегию их устранения.
В природе сердце человека сначала образует эндокардиальные трубки, а затем разделяется на сердечную мышцу и внеклеточный матрикс, заполненный сердечным «студнем». Только тогда формируется внутренняя оболочка камер сердца.
Теперь же простая кардиоидная модель позволила ученым наглядно рассмотреть и изучить самые важные этапы этого процесса.
Команда обнаружила, что сердечная мышца и эндокардиальные клетки их органоида контролируются двумя начальными сигналами, WNT и ACTIVIN. Как только клетки сформировали самые базовые «строительные блоки» тканей, то начали взаимодействовать друг с другом, формируя желудочки сердца внутри камеры.
Когда исследователи заморозили определенные части мини-сердец с помощью холодного стального стержня, то заметили, что некоторые из клеток начали умирать, подобно реакции, которая происходит во время сердечного приступа. В то же время другие клетки начали мигрировать к поврежденным и вырабатывать лечебные белки.
Авторы надеются, что их модель позволит нам проверять сердечные препараты на безопасность и эффективность, прежде чем отправлять их на клинические испытания. Сегодня только 1 из 5000 лекарств переходит от доклинических испытаний к разработке лекарств, а потому потенциал у открытия в самом деле существенный.