Ученые из Университета Торонто создают биоискусственный левый желудочек

Небольшую модель левого желудочка сердца человека вырастили в лаборатории исследователи с факультета прикладных наук и инженерии Университета Торонто, 16 июля сообщает сайт новостей медицины и здравоохранения Medical Xpress со ссылкой на пресс-службу университета.

Биоискусственная тканевая конструкция модели состоит из живых клеток сердца. Силы ее биения достаточно для перекачки жидкости внутри биореактора.

Левый желудочек человеческого сердца перекачивает насыщенную кислородом кровь в аорту и далее в остальную часть тела. Выращенная в лаборатории модель может быть использована для изучения широкого спектра сердечных состояний и заболеваний или для тестирования новых методов лечения сердечных болезней.

Один из разработчиков, доктор Саргол Оховатян рассказал: «С нашей моделью мы можем измерить объем выброса — сколько жидкости выталкивается каждый раз, когда желудочек сокращается, — а также давление этой жидкости, что было почти невозможно получить с предыдущими моделями».

Междисциплинарную команду разработчиков модели, в которую входит еще Мохаммад Хоссейн Мохаммади, магистр в области химической и биомедицинской инженерии, возглавляет профессор кафедры химического машиностроения и прикладной химии Милица Радишич.

Результаты своей работы ученые, являющиеся членами Центра исследований и приложений в области жидкостных технологий (CRAFT), представили в статье, опубликованной в журнале Advanced Biology.

«С помощью этих моделей мы можем изучать не только функции клеток , но и функции тканей и органов, и все это без необходимости инвазивной хирургии или экспериментов на животных. Мы также можем использовать их для скрининга больших библиотек молекул-кандидатов на наличие положительных или отрицательных эффектов», — рассказала Радишич.

Многие проблемы, с которыми сталкиваются тканевые инженеры, связаны с геометрией: несмотря на то, что человеческие клетки легко выращивать в двух измерениях, например, в плоской чашке Петри, результаты не очень похожи на настоящие ткани или органы, какими они были бы у человека.

Для создания трехмерной модели Радишич и ее команда используют крошечные каркасы из биосовместимых полимеров, имеющие бороздки или сетчатые структуры. Эти каркасы засевают клетками сердечной мышцы и оставляют расти в жидкой среде.

Срастаясь, живые клетки образуют ткань, а лежащий в основе каркас побуждает растущие клетки выравниваться или растягиваться в определенном направлении.

Для модели биоискусственного левого желудочка был создан каркас в виде плоского листа из трех сетчатых панелей, который засеяли клетками сердца и оставили их расти в течение недели.

После этого полученный лист обернули вокруг полого полимерного стержня-оправки и получили конструкцию, представляющую собой трубку, состоящую из трех перекрывающихся слоев сердечных клеток, бьющихся в унисон и выкачивающих жидкость из отверстия на конце.

Внутренний диаметр трубки составляет 0,5 миллиметра, а высота — около 1 миллиметра, что соответствует размеру желудочка человеческого плода примерно на 19-й неделе беременности.

«До сих пор было всего несколько попыток создать действительно трехмерную модель желудочка, в отличие от плоских листов сердечной ткани», — отметила Радишич.

Она пояснила, что человеческое сердце имеет много слоев, и клетки в каждом слое ориентированы под разными углами. Когда сердце бьется, эти слои не только сокращаются, но и скручиваются, что позволяет сердцу перекачивать больше крови, чем это было бы в противном случае.

Чтобы добиться скручивания, ученые нанесли на каждую из трех панелей канавки под разными углами друг к другу. Однако увеличить число слоев до 11, как в настоящем сердце, исследователи пока не могут, так для их питания нужна будет соответствующая кровеносная система.

Оховатян рассказал, что в дополнение к проблеме сосудистой системы их будущая работа будет сосредоточена на увеличении плотности клеток, чтобы добиться увеличения объема выброса и давления жидкости.

«Мечта каждого инженера тканей — вырастить органы, полностью готовые к пересадке в человеческое тело», — говорит Оховатян. Однако предстоит еще долгий путь, прежде чем станет возможным создание полностью функциональных искусственных органов, отмечают исследователи.