Ученые смогли вырастить реалистичную сердечную ткань
Чтобы создать работающую искусственную сердечную ткань, волокна в ней нужно расположить определенным образом. Ученым удалось сделать это при помощи нового устройства
Сердечная мышца — это высокоспециализированная ткань, в которой электрические сигналы преобразуются в синхронизированные сокращения волокон, обуславливающие сердечный ритм. Создание реалистичной сердечной ткани in vitro ограничено трудностями в воспроизведении высокого уровня организации и функциональных свойств взрослых сердечных тканей, отчасти из-за незрелости клеток, используемых в существующих моделях.
Чтобы преодолеть эти препятствия, команда ученых из Института биоинженерии Каталонии и Барселонского университета использовала метод электроспиннинга для нанесения нановолокнистых каркасов на тонкие подложки. Этот подход позволил исследователям адаптировать архитектуру волокон (ориентацию, состав, толщину и плотность) так, чтобы они напоминали структуру внеклеточного матрикса сердца и могли сокращаться в ответ на электрические сигналы точно так же, как настоящая сердечная ткань.
Метод электроспининга позволяет равномерно распределять по подложке заряженные молекулы субстрата, используя электрическое поле. Именно этот метод позволил воспроизвести ключевое свойство сердечной ткани — ее анизотропию, то есть ориентацию волокон в определенном направлении. В ходе работы авторы сначала наносили на подложку специальные нановолокна, выравнивая их в определенном направлении методом электроспининга.
После этого ученые связали пленочную подложку с силиконовым микрофлюидным устройством, чтобы создать камеру для культивирования клеток. Устройство включало в себя, помимо всего прочего, несколько каналов с электродами для стимуляции клеток. Эта электрическая стимуляция необходима для их созревании и организации.
Затем исследователи подтвердили способность платформы выращивать сердечную ткань. Для этого они использовали ко-культуру неонатальных мышиных кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы) и сердечных фибробластов (производят соединительную ткань). Исследователи высевали клетки в микрофлюидное устройство и оценивали ткань после семи дней культивирования, пять из которых проходили под электростимуляцией.
В тканях, в которых осажденные волокна были распределены случайно, сократительная способность оказалась одинаковой во всех направлениях. Субстрат из выровненных волокон давал высоко анизотропные сердечные ткани с клетками, поляризованными в направлении нановолокон. Кардиомиоциты образовывали сливающиеся монослои клеток, которые были способны к спонтанному сокращению.
Статья опубликована в журнале Biofabrication.