Израильские ученые разработали метод, позволяющий печатать модели органов, состоящих из ткани и сосудов, используя клетки человека. Сначала у пациента берут образец клеток, после чего клетки превращают в стволовые, которые, в свою очередь, превращаются в клетки сердечной мышцы и кровеносных сосудов. С помощью такого метода ученые напечатали на 3D-принтере уменьшенную модель сердца с сосудами, которая полностью биосовместима с пациентом-донором клеток, рассказывают авторы статьи в Advanced Science.

Несколько десятков миллионов пациентов страдают от сердечной недостаточности и других сердечно-сосудистых заболеваний, которые в некоторых формах представляют угрозу для жизни. В этих случаях пациентам, как правило, проводят пересадку донорского сердца или временную имплантацию искусственного сердца. Несмотря на то, что такие операции стали распространены и относительно безопасны, пересадка сердца остается достаточно проблемой в целом. Во-первых, донорских сердец меньше, чем нуждающихся в них пациентов. Во-вторых, даже при наличии донорского сердца пациент сталкивается с другой проблемой — отторжением органа иммунной системой, из-за чего пациенту приходится принимать иммунодепрессанты, подавляющие активность иммунной системы в целом. Из-за этого ученые по всему миру ищут способы создания искусственных сердец из искусственных материалов или клеток пациента.

Ученые из Тель-Авивского университета под руководством Таля Двира (Tal Dvir) разработали и применили на практике метод, позволяющий создавать структуры сложной формы из клеток пациента, причем разных типов, который потенциально может служить основой для создания персонализированных искусственных органов в будущем. Метод, предложенный учеными, устроен следующим образом. Изначально необходимо провести биопсию тканей для дальнейшего использования клеток пациента. В своей работе исследователи использовали в качестве ткани-донора сальник. После этого исходные дифференцированные клетки соединительной ткани сальника преобразуются в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые затем дифференциируются на два типа нужных ученым клеток — кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы) и клетки эндотелия (клетки внутренней поверхности кровеносных сосудов).

Схема метода. Nadav Noor et al. / Advanced Science, 2019

Внеклеточный матрикс, поддерживающий клетки и помогающий снабжать их веществами, из исходной ткани также используется для создания искусственного органа. Из него ученые предложили создавать гидрогель, который будет составлять основу материала для печати на 3D-принтере. Гидрогель имеет концентрацию 2,5 процента (масса/объем) и его особенность заключается в термочувствительности — он укрепляется при нагревании до 37 градусов Цельсия. Исследователи на основе гидрогеля создавали два отдельных материала для печати, содержащих кардиомиоциты или клетки эндотелия. Этими материалами исследователи печатали различные модели органов с помощью 3D-принтера с двумя печатающими головками, послойно наносящими материал в сосуде с жидкостью, поддерживающей печатаемую структуру.

Образец ткани сальника до и после децеллюляризации. Nadav Noor et al. / Advanced Science, 2019

Эксперименты показали способность метода создавать различные модели, в том числе и со сложной формой. Самой сложной была уменьшенная модель человеческого сердца с камерами и сосудами. Исследование с помощью флуоресцентных веществ-маркеров показало, что печать на 3D-принтере практически не снижает выживаемость клеток. Кроме того, ученые показали ток кальция в напечатанных тканях и связанную с ним способность к сокращению.

Nadav Noor et al. / Advanced Science, 2019

Ранее американские ученые применили достаточно необычный подход для создания искусственной сердечной мышцы из человеческих клеток. Они создали из листа шпината лишенный клеток каркас с множеством сосудов, а затем покрыли внутреннюю поверхность этих сосудов клетками эндотелия, а внешнюю — мезенхимальными стволовымиклетками и кардиомиоцитами.

Автор: Григорий Копиев