Биологи доказали, что «заплатка» на сердце может сокращаться вместе с ним

Исследователи из МФТИ и Боннского университета показали, что сердечные ткани разного происхождения могут синхронно сокращаться. В эксперименте ученые сначала соединили две ткани крыс, выращенные в разное время, а затем — крысиную и мышиную ткани. Волна возбуждения успешно переходила от одной ткани к другой, а значит, теоретически искусственно выращенная «заплатка» на сердце сможет включиться в работу возбудимых сердечных тканей. Работа опубликована в Biomaterials Science.

В регенеративной медицине сердца ученые сегодня возлагают надежды на культивированные заплатки. В теории, с помощью кусочка выращенной сердечной ткани можно починить участки сердца, поврежденные, например, в результате инфаркта. Однако экспериментальных успехов в этом пока не было — трансплантированные клетки отмирали через несколько дней, а улучшений почти или вообще не наблюдалось. Сердечная ткань имеет важную особенность, которая и позволяет сердцу биться: она сокращается в ответ на электрический сигнал. До сих пор было неизвестно, может ли кусочек культивированной ткани встроиться в работу родной ткани сердца.

Ученые решили проверить, будет ли в принципе передаваться электрическое возбуждение, если соединить две ткани разного происхождения. Для этого они выращивали ткани из сердечных клеток в специально сконструированной емкости — двух круглых чашах (5 мм в диаметре), соединенных тонким каналом (7 мм длиной). Чтобы разные культуры не перемешивались, в середине канала вставили перегородку. Одну культуру высеивали в одной части, где-то через час добавляли другую культуру во вторую часть и через несколько часов, когда обе части до конца заполнялись, перегородку убирали. Таким образом, ткани соединялись в том месте, где была перегородка. Исследователи возбуждали одну ткань и смотрели, распространяется ли волна возбуждения в другой ткани. Чтоб это увидеть, в емкость добавляли флюоресцентный краситель Fluor-4, который относительно сильно светится при прохождении волны возбуждения, и наблюдали за свечением при помощи сверхчувствительной камеры.

Для первого эксперимента были взяты сердечные клетки новорожденных крыс. Первичную клеточную культуру сначала добавляли в одну часть емкости, а через три дня — в другую. Таким образом, ткани находились на разных стадиях развития. Тем не менее, когда одну ткань стимулировали с помощью электрода, волна возбуждения спокойно пересекала границу между тканями и распространялась дальше. Далее ученые решили проверить, повторится ли результат эксперимента, если ткани будут от разных животных — от крыс и от мышей. Волна возбуждения распространялась между тканями, хотя ее скорость в разных клеточных культурах различалась.

Теоретически клетки ткани, которые не стимулировали электродом, могли возбудиться из-за электрического поля электрода. Чтобы исключить этот эффект, ученые провели еще одну серию экспериментов. С помощью генно-инженерных методов они встроили в мышиные клетки светочувствительный белок ChR2 (канальный родопсин-2) и стимулировали их светом. Крысиные клетки не были светочувствительными, но по ним проходила волна возбуждения, когда на мышиные светили светом. Это точно доказывает, что между двумя разными тканями образовалась электрическая связь. Синхронизация разных культур подтвердилась также на микроуровне, при рассмотрении отдельных клеток.

Тем не менее на границе двух разных культур наблюдались некоторые особенности. Оказалось, что на некоторых частотах волны возбуждения частично гасятся, когда проходят через границу. Следующий вопрос, который нужно решить прежде, чем выращивать сердечные заплатки: могут ли эти особенности увеличить риск аритмии.

Исследователи из МФТИ и Боннского университета показали, что сердечные ткани разного происхождения могут синхронно сокращаться. В эксперименте ученые сначала соединили две ткани крыс, выращенные в разное время, а затем — крысиную и мышиную ткани. Волна возбуждения успешно переходила от одной ткани к другой, а значит, теоретически искусственно выращенная «заплатка» на сердце сможет включиться в работу возбудимых сердечных тканей. Работа опубликована в Biomaterials Science.

В регенеративной медицине сердца ученые сегодня возлагают надежды на культивированные заплатки. В теории, с помощью кусочка выращенной сердечной ткани можно починить участки сердца, поврежденные, например, в результате инфаркта. Однако экспериментальных успехов в этом пока не было — трансплантированные клетки отмирали через несколько дней, а улучшений почти или вообще не наблюдалось. Сердечная ткань имеет важную особенность, которая и позволяет сердцу биться: она сокращается в ответ на электрический сигнал. До сих пор было неизвестно, может ли кусочек культивированной ткани встроиться в работу родной ткани сердца.

Ученые решили проверить, будет ли в принципе передаваться электрическое возбуждение, если соединить две ткани разного происхождения. Для этого они выращивали ткани из сердечных клеток в специально сконструированной емкости — двух круглых чашах (5 мм в диаметре), соединенных тонким каналом (7 мм длиной). Чтобы разные культуры не перемешивались, в середине канала вставили перегородку. Одну культуру высеивали в одной части, где-то через час добавляли другую культуру во вторую часть и через несколько часов, когда обе части до конца заполнялись, перегородку убирали. Таким образом, ткани соединялись в том месте, где была перегородка. Исследователи возбуждали одну ткань и смотрели, распространяется ли волна возбуждения в другой ткани. Чтоб это увидеть, в емкость добавляли флюоресцентный краситель Fluor-4, который относительно сильно светится при прохождении волны возбуждения, и наблюдали за свечением при помощи сверхчувствительной камеры.

Для первого эксперимента были взяты сердечные клетки новорожденных крыс. Первичную клеточную культуру сначала добавляли в одну часть емкости, а через три дня — в другую. Таким образом, ткани находились на разных стадиях развития. Тем не менее, когда одну ткань стимулировали с помощью электрода, волна возбуждения спокойно пересекала границу между тканями и распространялась дальше. Далее ученые решили проверить, повторится ли результат эксперимента, если ткани будут от разных животных — от крыс и от мышей. Волна возбуждения распространялась между тканями, хотя ее скорость в разных клеточных культурах различалась.

Теоретически клетки ткани, которые не стимулировали электродом, могли возбудиться из-за электрического поля электрода. Чтобы исключить этот эффект, ученые провели еще одну серию экспериментов. С помощью генно-инженерных методов они встроили в мышиные клетки светочувствительный белок ChR2 (канальный родопсин-2) и стимулировали их светом. Крысиные клетки не были светочувствительными, но по ним проходила волна возбуждения, когда на мышиные светили светом. Это точно доказывает, что между двумя разными тканями образовалась электрическая связь. Синхронизация разных культур подтвердилась также на микроуровне, при рассмотрении отдельных клеток.

Тем не менее на границе двух разных культур наблюдались некоторые особенности. Оказалось, что на некоторых частотах волны возбуждения частично гасятся, когда проходят через границу. Следующий вопрос, который нужно решить прежде, чем выращивать сердечные заплатки: могут ли эти особенности увеличить риск аритмии.