Автор: Вера Рыжикова
Размером с треть рисового зернышка, но в нем есть все, что есть в настоящем органе: камеры, водитель ритма, сердечная сумка. На этой модели можно полноценно испытывать лекарства, как на живом человеке. И с ее помощью уже открыли один физиологический механизм, понимание которого поможет сохранить здоровье больным раком, пишет «ХаАрец».
По словам коллеги, не принимавшего участия в работе, «это исследование открывает новую главу в изучении физиологи сердца». Его результаты на днях опубликовали в авторитетном издании Nature Biomedical Engineering
Стволовые клетки способны превращаться в любые другие. Эту особенность использовал исследовательский коллектив под руководством профессора Яакова Нахмиаса, директора Центра биоинженерии имени Грасса при Еврейском университете в Иерусалиме.
Ему удалось получить сердечные клетки, которые поместили в физиологическую среду, включающую кровеносные сосуды. Все это позволило клеткам развиться в полноценную модель человеческого сердца, состоящего из нескольких камер и включающего ткани водителя ритма, перикард (сердечную сумку) и эндокард (внутренний слой оболочки сердца). Модель способна к самостоятельным сердечным сокращениям с меняющейся скоростью.
«Впервые создано нечто столь сложное, – объясняет профессор Нахмиас. – До сих пор для создания модели сердца брали стволовые клетки и преобразовывали их в клетки сердечной мышцы. Затем создавали некий набор клеток, имитирующий сердечную мышцу. Но это не было имитацией человеческого сердца, которое представляет собой очень сложный орган».
Крошечную модель ученые установили на небольшой чип, снабженный датчиками, которые отслеживают основные параметры, в том числе электрическую активность, потребление кислорода и сокращения сердечной мышцы. Благодаря этим наблюдениям удалось выяснить, что метаболическая активность сердца (то есть скорость потребления кислорода митохондриями в сердечных клетках) связана с его электрической активностью. Подобной взаимозависимости нет в сердце грызунов, основном материале лабораторных исследований. И потому до сегодняшнего дня ее не удавалось обнаружить.
«Мы наблюдали за колебаниями метаболической активности в координации с электрической, которые занимали очень короткое время, буквально миллисекунды, – рассказывает Нахмиас. – Когда мы представляем себе изменение скорости метаболизма, например окисление глюкозы, мы полагаем, что речь идет о процессах, длящихся часами или по меньшей мере минутами. Нам и в голову не приходило, что все это может происходить так быстро».
Нахмиас сравнивает создание крошечной модели сердца с изобретением телескопа: «Телескоп важен не сам по себе, а тем, что мы можем с его помощью увидеть. Чип позволил нам обнаружить физиологические явления, которые никто до сих пор не замечал».
На следующем этапе ученые занялись поисками применения для выявленного ими механизма. По словам Нахмиаса, существует широкий перечень противораковых препаратов, вызывающих аритмию. Ученые протестировали противоопухолевый препарат митоксантрон (Novantron), который применяется для лечения пациентов с раком молочной железы, неходжкинскими лимфомами, лейкозом, а также с рассеянным склерозом. Его приходится использовать ограниченно, поскольку он повышает риск развития аритмии.
Исследователи поняли, что митоксантрон провоцирует аритмию, потому что действует на только что раскрытый ими механизм. Это помогло найти решение – назначить больным препарат, повышающий скорость метаболической активности. И это снизило токсический эффект противоракового лекарства. «Мы открыли новый мир», – заключает Нахмиас.
В рабочую группу вошли также исследователи Техниона, больницы «Хадасса» и медицинского центра «Рамбам». Кроме того, к работе была привлечена созданная Нахмиасом компания Tissue Dynamics. Она разработала роботизированную систему, способную одновременно сканировать более 20 тысяч моделей крошечного человеческого сердца и выявлять происходящие в них процессы.
Сердечно-сосудистые заболевания – причина номер один смертности в западном мире. Новая модель поможет исследовать их и разработать методы лечения.
Одна из центральных проблем, связанных с испытанием лекарств на лабораторных животных, заключается в том, что от 60% до 90% препаратов, которые подходят мышам и другим подопытным, не работают на людях. Так происходит из-за видовых физиологических различий. И это одна из причин, по которым разработка нового препарата занимает в среднем более десяти лет и обходится в сумму более 2 миллиардов долларов.
В последние годы ученые придумали новые методы оптимизации разработки лекарств, включающие тканевую инженерию человека. Одна из таких методик получила название «орган на чипе». В данном исследовании тоже используется такой подход, когда датчики внедряют в ткани клеток человека. Об этом рассказывает доктор Бен Маоз из Тель-Авивского университета, не принимавший непосредственного участия в нынешнем исследовании.
Отказ от опытов на животных приобретает все больший размах. Недавно даже Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) сообщило, что не будет настаивать на обязательном проведении этапа испытаний на лабораторных животных.
А это значит, что технология «орган на чипе» в ближайшем будущем получит еще большее распространение и изменит подход фармацевтической промышленности к новым исследованиям. Более того, такие технологии предлагают моральную альтернативу жестоким опытам на братьях наших меньших, которые испытывают страшные мучения в ходе лабораторных экспериментов.
Доктор Бен Маоз эмоционально высказался о достижении иерусалимских коллег: «До сих пор в лабораториях использовали один вид сердечной ткани и один метод исследования. Теперь же ученые построили модель, которая включает ткани нескольких отделов сердца, что само по себе впечатляет, но это еще не все. Они сумели при помощи встроенных сложных сенсоров измерить как электрическую, так и метаболическую активность сердечной ткани и обнаружили между ними корреляцию, которую никто не замечал до сегодняшнего дня. Удивительно, что после сотен лет исследований человеческого сердца и экспериментов на мышах ученые все еще делают новые открытия, и даже сегодня, в 2023 году, обнаруживаются новые физиологические данные, проливающие свет на электрическую активность сердца».
В.Р. Гидеон Лев, «ХаАрец». Фото и видео предоставлены профессором Яаковом Нахмиасом √
Иллюстрация: Детали
Heart with Sensors К модели сердца подключены сенсоры, они внедрены прямо внутрь тканей
https://detaly.co.il/zachem-uchenye-vyrastili-kroshechnoe-chelovecheskoe-serdtse/
