Усилия по пониманию прогрессирования сердечных заболеваний и разработке терапевтических тканей, способных восстанавливать человеческое сердце, - это лишь несколько областей, на которых сосредоточена исследовательская группа Файнберга из Университета Карнеги-Меллона. Новейшая динамическая модель группы, созданная в партнерстве с сотрудниками в Нидерландах, имитирует физиологические нагрузки на инженерные ткани сердечной мышцы, давая беспрецедентное представление о том, как генетика и механические силы влияют на функцию сердечной мышцы.

"Наша лаборатория долгое время работала над разработкой и созданием ткани сердечной мышцы человека, чтобы мы могли лучше отслеживать, как проявляется болезнь, а также создавать терапевтические ткани, которые в один прекрасный день восстановят и заменят повреждения сердца", - объясняет Адам Файнберг, профессор биомедицинской инженерии и материаловедения и инженерии. "Одна из проблем заключается в том, что мы должны построить эти маленькие кусочки сердечной мышцы в чашке Петри, и мы делаем это уже много лет. Мы поняли, что эти системы in vitro не точно воспроизводят механическую нагрузку, которую мы видим в реальном сердце из-за кровяного давления."

Гемодинамические нагрузки, или предварительная нагрузка (растяжение сердечной мышцы во время заполнения камеры) и последующая нагрузка (когда сердечная мышца сокращается), важны не только для здоровой функции сердечной мышцы, но также могут способствовать прогрессированию сердечных заболеваний. Предварительная и последующая нагрузка могут привести к неадаптивным изменениям в сердечной мышце, как в случае гипертонии, инфаркта миокарда и кардиомиопатий.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine, группа представляет систему, состоящую из искусственной ткани сердечной мышцы (EHT), которая прикреплена к эластичной полоске, предназначенной для имитации физиологических предварительных и последующих нагрузок. Эта первая в своем роде модель показывает, что воссоздание нагрузки, подобной упражнениям, способствует формированию более функциональной сердечной мышцы, которая лучше организована и генерирует больше силы каждый раз, когда она сокращается. Однако, используя клетки пациентов с определенными типами сердечных заболеваний, эти же физические нагрузки, подобные нагрузкам, могут привести к дисфункции сердечной мышцы.

"Одна из действительно важных вещей в этой работе заключается в том, что это совместная работа нашей лаборатории и сотрудников в Нидерландах, в том числе кардиолога Питера ван дер Меера", - говорит Файнберг. "Питер лечит пациентов с генетически связанными сердечно-сосудистыми заболеваниями, включая тип, называемый аритмогенной кардиомиопатией (АКМ), который часто ухудшается при физических нагрузках. Нам удалось получить индуцированные у конкретного пациента плюрипотентные стволовые клетки, дифференцировать их в клетки сердечной мышцы, а затем использовать их в нашей новой модели EHT для воссоздания ACM в чашке Петри, чтобы мы могли лучше понять это."

Жаклин Блили, аспирантка по биомедицинской инженерии и соавтор недавно опубликованной статьи, добавляет: "Совместный характер этой работы настолько важен, чтобы иметь возможность обеспечить воспроизводимость исследований и сравнить результаты по всему миру."

Заглядывая в будущее, сотрудники стремятся использовать свою модель и результаты для изучения широкого спектра других сердечных заболеваний с генетическими мутациями, разработки новых терапевтических методов лечения и тестирования лекарств для оценки их эффективности.

"Мы можем извлечь уроки из создания EHT в блюде, чтобы создать более крупные части сердечной мышцы, которые можно было бы использовать терапевтически. Объединив эти новые результаты с нашей предыдущей работой по 3D-биопечати сердечной мышцы (опубликованной в журнале Science в 2019 году), мы надеемся в один прекрасный день создать ткани, достаточно большие и функциональные, чтобы имплантировать и восстанавливать человеческое сердце", - говорит Файнберг.

ИСТОЧНИК