Сердечно-сосудистые заболевания надежно сохраняют за собой первое место среди непосредственных причин смерти. Безусловным лидером можно считать инфаркт миокарда, приводящий к разрушению мышечной ткани и заполнению дефекта нефункциональным рубцом. Смадар Коэн из университета имени Бен-Гуриона в Негеве предложил залатать дыру «полуживой» заплаткой. Остов из водорослей заселили мышечными клетками, после чего еще неделю держали имплантат в сальнике, проращивая в нем сосуды.
Сердечные страдания
Атеросклеротическая бляшка, оторвавшийся тромб или капельки жира могут стоить жизни – любая преграда на пути кровотока неизбежно оставит без кислорода и топлива целый регион. К сожалению, мышечные клетки не способны пережить даже небольшое голодание – через несколько часов без кислорода начинается необратимое, а, главное, лавинообразное разрушение сердечной ткани.
Погибающие клетки разваливаются, оставляя вместо себя набор ферментов, ядов и прочего не способствующего заживлению мусора. Ситуация усугубляется и приходящими на помощь «чистильщиками» — клетками иммунной системы. Сотнями тысяч мигрируя в очаг повреждения, они нарушают работу оставшихся в живых мышечных клеток.
На этом сердечные страдания не заканчиваются – когда воспаление останавливается, начинается гонка между рубцом и мышцей. Хотя в последнее время и получены неопровержимые доказательства, что кардиомиоциты все-таки делятся в течение жизни, темп их обновления абсолютно не сопоставим с той же соединительной тканью, из которой сделаны связки, сухожилия и плотная составляющая кожи. К примеру, в здоровом сердце к 50 годам меняется лишь 45% мышечных клеток, в то время как сосуды и оболочки полностью обновляются за четыре года.
При повреждении, будь то инфаркт или сквозное ранение, эта разница в скорости значительно обостряется и вместо мышцы дефект замещается соединительной тканью – точно таким же рубцом, как и в печени при циррозе, когда от алкоголя, вирусов или лекарств гибнут гепатоциты.
Оставшимся в живых клеткам приходится прилагать немало усилий, чтобы жизненно важный орган продолжал выполнять свою функцию в неизменном ритме. Но иногда и этого может оказаться недостаточно – рубец существенно уступает мышечной ткани по своим биомеханическим свойствам, не говоря уже о полной неспособности к сокращению или проведению нервного импульса. Результат – постепенное выпячивание стенки желудочка, нередко заканчивающееся разрывом.
Стволовые клетки и хирургия в лечении инфаркта
Лечить такое состояние можно по-разному. И без стволовых клеток вкупе с тканевой инженерией здесь, естественно, тоже не обошлось. Одна из первых идей заключалась в усилении роста сосудов, которое должно было бы привести к улучшению питания. Она основывалась на том, что регулярные инъекции клеток - предшественников сосудистого эндотелия способствовали улучшению объективных показателей у не одной сотни добровольцев. Впрочем, среднестатистическое улучшение составило всего 1%, так что внедрять эту довольно дорогую методику в клиническую практику не стали.
Зато как только ученые научились получать из эмбриональных стволовых клеток кардиомиоциты, инженерная мысль пошла дальше – в область дефекта стали вводить клетки, полученные из эмбрионов. Но здесь, несмотря на более значимый положительный эффект, на пути встали этические ограничения.
Так что в большинстве тяжелых случаев приходится пользоваться старым, но от этого не менее эффективным способом – хирургически укреплять дефект обычными швами или сеточкой. Пускай искусственный материал никогда не начнет стучать в такт, зато он не даст стенке прогнуться и тем более разорваться.
Сосуды для сердца вырастили в сальнике
Коэн и соавторы публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences пошли по проверенному пути, не забыв и про обе упомянутые выше технологии. Трехмерный имплантат, сделанный из пористого альгината, они сначала заселили клетками - предшественниками мышечной ткани. После чего перед ними стала основная в тканевой инженерии проблема: как вырастить внутри этой конструкции сосуды?
Если в чашке Петри питательная среда омывает живой имплантат со всех сторон, то в организме таких идеальных условий не будет и после пересадки «жителям» центральной части образца грозит неминуемое вымирание. Эту проблему ученые неоднократно пытались решить, заселяя конструкцию не только мышечными, но и эндотелиальными клетками. И сосуды действительно вырастали, но со слепыми окончаниями, да и после трансплантации они сразу же давали «течь».
Решив, что современные технологии пока не в состоянии решить эту проблему, Коэн предложил воспользоваться ресурсами самого организма – перед пересадкой в сердце заплатку на неделю зашили в сальник, располагающийся в брюшной полости. За это время искусственный кубик не заплыл жиром, зато обогатился столь необходимыми для жизни сосудами.
Прижившаяся заплатка из сальника
После пересадки в сердце заплатка еще больше порадовала ученых. Во-первых, стенка в течение всего срока наблюдения сохраняла необходимую толщину. Во-вторых, кардиомиоциты успешно интегрировались в сообщество – они начали как проводить электрические импульсы, так и сокращаться. А это необходимое условие, обеспечивающее принцип «ва-банк», по которому и работает миокард. В отличие от скелетной мускулатуры сердце нервов не имеет, так что мышечным клеткам самим приходится распространять возбуждение и они либо сокращаются все вместе, либо совсем не сокращаются.
Функциональные способности желудочка так и не достигли доинфарктной отметки, хотя и приблизились к ней вплотную. При пересадке заплатки из сальника сердце недотянуло всего 5%, в то время как стягивание краев дефекта швами приводило к отставанию на 30%.
Что касается клинического внедрения, то его ждать в ближайшем будущем, как это часто бывает с клеточными технологиями, не стоит. Зато идея «подращивать» сосуды в сальнике наверняка приживется в тканевой инженерии. Лучше биореактора для запчастей пока не найти.