В МФТИ апробировали новый подход к трансплантации клеток сердца

Результат исследования опубликован в журнале Molecular Sciences. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования.

Теоретически один из самых простых способов восстановления сердечных тканей — естественное замещение поврежденного участка здоровыми стволовыми клетками своего же организма. К сожалению, после многочисленных исследований этот метод оказался гораздо менее эффективным, чем ожидалось. Введение стволовых клеток не гарантирует, что они будут дифференцироваться в правильные кардиомиоциты, а введение культивируемых сердечных клеток не гарантирует их выживания и функционального слияния с тканью хозяина.

В последнем случае основная проблема заключается в том, что одиночные кардиомиоциты теряют свою структуру и становятся очень хрупкими и невозбудимыми. Сцепление вводимых клеток с сердцем и восстановление структуры и возбудимости кардиомиоцитов занимает несколько часов, в течение которых клетки должны отдыхать и не подвергаться механическим воздействиям. Последнее условие трудновыполнимо в живой сердечной ткани.

Преодолеть эту проблему возможно с помощью каркаса, который сохранит структуру вживляемых клеток. Но сам каркас может затруднить инъекцию. Чтобы разрешить это противоречие, ученые лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ разработали молекулярные носители. Они сочетают в себе завернутый (а не внешний) полимерный каркас, который окружает клетку и обеспечивает восстановление возбудимости, потерянной при заборе клеток, непосредственно перед вживлением. Он также обеспечивает покрытие человеческим белком — фибронектином, который инициирует процесс закрепления трансплантата к ткани и может нести флуоресцентные маркеры для внешнего контроля положения клеток.

«Одной из нашей целей является решение основной проблемы трансплантации — приживаемости клеток. И мы начали свой путь с самого начала, с доставки. К сожалению, лечение таких распространенных болезней, как инфаркт, фиброз, аритмия, не проходит в один этап. Одна операция, сменяет другую. Любая пересадка вызывает иммунный ответ, и пациенты вынуждены постоянно принимать иммуносупрессоры. Чтобы этого избежать, мы ищем другие подходы к лечению. В том числе совершенствуем клеточную терапию», — рассказала о проекте Алерия Аитова, сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.

Существует два распространенных способа доставки клеток в ткань сердца: инъекция одиночных клеток и интеграция клеток в составе тканеинженерных конструкций. Диспергированные клетки могут покидать место инъекции и иметь низкую выживаемость. Напротив, тканеинженерные конструкции демонстрируют улучшенную выживаемость и жизнеспособность клеток после трансплантации, но форма и размер накладывают ограничения на способ доставки и создают проблемы с электрофизиологической связью. Существует промежуточный вариант в виде использования гидрогелей для удержания доставленных клеток. Однако точно так же клетки, окруженные гелем, не могут полностью интегрироваться в ткани сердца и между собой.

«Мы предлагаем метод, использующий преимущества каркаса из полимерных нановолокон с возможностью доставки клеток. Для определения оптимального пути доставки мы провели ряд экспериментов, в ходе которых доставляли клетки в сердце крысы с помощью шприца или путем накладывания “заплатки”, но при этом все клетки находились на очень тонких нановолокнах-микроносителях. Оба эти способа сравнивались с обычным суспензионным методом трансплантации.

Эксперименты показали, что на микроносителях клетки приживаются лучше, — быстрее функционально интегрируются и дольше выживают. Сама клеточная составляющая изготавливается с помощью дифференцировки стволовых клеток — генетической программы, которая способна изменить функции клетки. Это довольно сложный процесс, который мы также изучаем и совершенствуем в нашей лаборатории», — подытожила Валерия Цвелая, заведующий лабораторией экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.  

Эксперименты по имплантации клеток проводили in vivo. Предложенные молекулярные носители позволили установить быстрый, в течение 30 минут, электромеханический контакт между возбудимыми трансплантатами и сердцем. Возбудимые трансплантаты визуализировали с помощью оптического картирования на сердце крысы. Предварительно восстановленная возбудимость трансплантатов позволила осуществить быстрое соединение с тканью. Эта работа может стать основой для новой методики лечения аритмий.

ФизТех

405 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше