Человеческое сердце начинает формироваться примерно через три недели после зачатия. Это помещает раннюю фазу развития сердца в то время, когда женщины часто еще не подозревают о своей беременности. Это одна из причин, почему мы до сих пор мало знаем о многих деталях формирования сердца. Результаты исследований на животных не могут быть полностью перенесены на человека. Органоид, разработанный в ТУМ, может оказаться полезным для исследователей.

Шар из 35,000 XNUMX клеток

Команда, работающая с Алессандрой Моретти, профессором регенеративной медицины сердечно-сосудистых заболеваний, разработала метод создания своего рода «мини-сердца» с использованием плюрипотентных стволовых клеток. Около 35,000 XNUMX клеток превращаются в сферу в центрифуге. В течение нескольких недель к культуре клеток добавляют различные сигнальные молекулы по фиксированному протоколу. «Таким образом мы имитируем сигнальные пути в организме, которые контролируют программу развития сердца», — объясняет Алессандра Моретти. Группа опубликовала свою работу в журнале Nature Biotechnology.

Первые в мире «эпикардиоиды»

Полученные органоиды имеют диаметр около полумиллиметра. Хотя они не перекачивают кровь, их можно стимулировать электрическим током, и они способны сокращаться, как камеры человеческого сердца. Профессор Моретти и ее команда — первые исследователи в мире, успешно создавшие органоид, содержащий как клетки сердечной мышцы (кардиомиоциты), так и клетки наружного слоя сердечной стенки (эпикард). В молодой истории органоидов сердца — первые были описаны в 2021 году — ранее исследователи создавали только органоиды с кардиомиоцитами и клетками внутреннего слоя сердечной стенки (эндокарда).

«Чтобы понять, как формируется сердце, клетки эпикарда имеют решающее значение», — говорит доктор Анна Мейер, первый автор исследования. «Другие типы клеток в сердце, например, в соединительных тканях и кровеносных сосудах, образуются из этих клеток. Эпикард также играет очень важную роль в формировании камер сердца». Команда правильно назвала новые органоиды «эпикардиоидами».

Обнаружен новый тип клеток

Наряду с методом производства органоидов команда сообщила о своих первых новых открытиях. Анализируя отдельные клетки, они определили, что клетки-предшественники того типа, который недавно был обнаружен у мышей, формируются примерно на седьмой день развития органоида. Из этих клеток образован эпикард. «Мы предполагаем, что эти клетки также существуют в организме человека — хотя бы в течение нескольких дней», — говорит профессор Моретти.

Эти идеи могут также дать ключ к пониманию того, почему сердце плода может восстанавливаться, что почти полностью отсутствует в сердце взрослого человека. Эти знания могут помочь найти новые методы лечения сердечных приступов и других заболеваний.

Производство «персонализированных органоидов»

Команда также показала, что органоиды можно использовать для исследования заболеваний отдельных пациентов. Используя плюрипотентные стволовые клетки пациента, страдающего синдромом Нунан, исследователи создали органоиды, имитирующие характеристики состояния в чашке Петри. В ближайшие месяцы команда планирует использовать сопоставимые персонализированные органоиды для исследования других врожденных пороков сердца.

Имея возможность эмулировать сердечные заболевания в органоидах, в будущем лекарства можно будет тестировать непосредственно на них. «Вполне возможно, что такие тесты могут уменьшить потребность в экспериментах на животных при разработке лекарств», — говорит Алессандра Моретти.

Исследование органоидов является ключевым направлением исследований в ТУМ.

Исследователи зарегистрировали международный патент на процесс создания органоидов сердца. Эпикардиоидная модель — один из нескольких проектов органоидов в ТУМ. В Центре органоидных систем будут сотрудничать рабочие группы из различных отделов и кафедр. Они будут проводить междисциплинарные исследования органоидов поджелудочной железы, головного мозга и сердца с помощью современной визуализации и клеточного анализа для изучения формирования органов, рака и нейродегенеративных заболеваний и достижения прогресса в медицине с помощью трехмерных систем человека.