Новый подход к трансплантации клеток сердца: исследование в МФТИ

Сердечно-сосудистые заболевания и необходимость новых методов лечения

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти, уносящей около 17,9 миллиона жизней ежегодно. В течение жизни организма различные стрессы и заболевания приводят к повреждениям тканей, включая миокард - сердечную мышцу, отвечающую за сокращение сердца и перекачку крови. Клеточная терапия представляет потенциально эффективный подход к решению этой распространенной проблемы. Однако, несмотря на возможность генерации сердечных клеток "ex vivo" (вне организма), конкретные практические подходы до сих пор остаются неясными. Исследователи из МФТИ решили усовершенствовать метод трансплантации и разработали более эффективный путь доставки, который обладает способностью преодолеть иммунитет и сохранить целостность самих клеток.

Результаты исследования были опубликованы в журнале "Molecular Sciences" и были выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования.

Одно из главных препятствий: приживаемость клеток

Одним из наиболее простых теоретических способов восстановления поврежденных сердечных тканей является естественное замещение поврежденных участков здоровыми стволовыми клетками самого организма. Однако после многочисленных исследований этот метод оказался намного менее эффективным, чем ожидалось. Введение стволовых клеток не гарантирует их дифференциацию в правильные кардиомиоциты, а введение культивируемых сердечных клеток не обеспечивает их выживаемость и функциональное слияние с тканью хозяина.

Проблема заключается в том, что одиночные кардиомиоциты теряют свою структуру и становятся очень хрупкими и невозбудимыми при их введении. Для связывания вводимых клеток с сердцем и восстановления структуры и возбудимости кардиомиоцитов требуется несколько часов, в течение которых клетки должны покоиться и не подвергаться механическим воздействиям. Однако, такое условие трудно обеспечить в живой сердечной ткани.

Разработка молекулярных носителей для повышения эффективности трансплантации

Для преодоления этой проблемы был предложен каркас, который сохраняет структуру вживляемых клеток. Однако сам каркас может затруднять инъекцию. Чтобы решить это противоречие, ученые из лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ разработали молекулярные носители. Эти носители представляют собой завернутый внутрь полимерный каркас, который окружает клетку и обеспечивает восстановление возбудимости, которая теряется при извлечении клеток перед вживлением. Каркас также покрывается человеческим белком - фибронектином, который инициирует процесс закрепления трансплантата к ткани и может использоваться для внешнего контроля положения клеток с помощью флуоресцентных маркеров.

Алерия Аитова, сотрудница лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ, рассказала о проекте: "Одной из наших целей является решение основной проблемы трансплантации - приживаемости клеток. Мы начали исследование с самого начала, с вопроса доставки. Лечение распространенных заболеваний, таких как инфаркт, фиброз и аритмия, обычно не ограничивается одной операцией. Одна операция следует за другой. Каждая пересадка вызывает иммунный ответ, и пациенты вынуждены принимать иммуносупрессоры. Чтобы избежать этого, мы ищем альтернативные подходы к лечению, включая совершенствование клеточной терапии".

Сравнение различных способов доставки клеток

Существует два распространенных способа доставки клеток в ткань сердца: инъекция одиночных клеток и интеграция клеток в составе тканевых инженерных конструкций. Диспергированные клетки могут выходить из места инъекции и иметь низкую выживаемость. С другой стороны, тканевые инженерные конструкции показывают улучшенную выживаемость и жизнеспособность клеток после трансплантации, но их форма и размер создают ограничения для методов доставки и проблемы с электрофизиологической связью. Гидрогели также используются для удержания доставленных клеток, но клетки, окруженные гелем, не могут полностью интегрироваться в ткань сердца и не обладают хорошей связностью между собой.

Валерия Цвелая, руководитель лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ, резюмировала: "Мы предлагаем метод, использующий преимущества каркаса из полимерных нановолокон с возможностью доставки клеток. Для определения оптимального пути доставки мы провели ряд экспериментов, в которых клетки доставляли в сердце крысы с помощью шприца или путем накладывания "заплатки", при этом все клетки находились на очень тонких нановолоконных микроносителях. Оба этих способа были сравнены с обычным методом трансплантации в виде суспензии клеток".

Результаты экспериментов показали, что клетки, доставленные на микроносителях, приживаются лучше, функционально интегрируются быстрее и имеют более длительное выживание. Сама клеточная составляющая создается с помощью дифференциации стволовых клеток - генетической программы, которая способна изменить функции клеток. Это достаточно сложный процесс, который также изучается и совершенствуется в лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.

Эксперименты по имплантации клеток были проведены "in vivo". Предложенные молекулярные носители позволили установить быстрый электромеханический контакт между возбудимыми трансплантатами и сердцем в течение 30 минут. Возбудимые трансплантаты были визуализированы с помощью оптического картирования на сердце крысы. Предварительно восстановленная возбудимость трансплантатов позволила быстро установить связь с тканью. Эта работа может послужить основой для разработки новой методики лечения аритмий.