Канадский ученый разработал уникальный метод печати трехмерных «заплаток» для сердца, поврежденного в результате инфаркта.
Ученый из Университета Саскачевана Мохаммед Изадифар (Mohammad Izadifar) говорит, что он смог объединить медицину и технику, чтобы разработать способ восстановления поврежденного сердца. «Проблема всех людей, перенесших инфаркт, заключается в том, что сердце не может восстановить само себя после повреждения, полученного из-за сердечного приступа», — рассказал Изадифар. Он смог доказать, что распечатанные при помощи 3D-принтера человеческие клетки, которые он назвал «сердечной заплаткой», могут начать расти и развиваться, закрывая собой дефект сердечной мышцы.
Как увидеть заплатку?
Метод уже был опробован на мышах. Сложность заключалась в том, что после имплантации у лабораторных мышей сердечная заплатка невидима для обычной медицинской визуализации. Для того чтобы следить за ходом заживления, Изадифар разработал метод рентгеновской визуализации. На снимках, полученных при помощи методики, разработанной в национальном исследовательском центре Canadian Light Source (CLS), показаны трехмерные изображения сердца с человеческими клетками, расположенными в виде нитей шириной 200 микрон, причем расстояние между каждой нитью составляет 400 микрон. Изадифар говорит, что ключом к печати живой человеческой ткани стал поиск подходящей гелевой среды, которая сможет стать «чернилами» для 3D-принтера, то есть основой для заплатки.
Заплатка из водорослей и стволовых клеток
Для своих экспериментов Мохаммед Изадифар выбрал гидрогель — натуральный гель на основе водорослей, который является материалом, биосовместимым с человеческим телом, и не отторгается человеческим организмом после имплантации. К тому же этот материал биоразлагаем, что очень важно, потому что в определенный момент после имплантации тело должно начать постепенно растворять гель и избавляться от него.
«Моя цель — взять стволовые клетки пациента, а затем in-vitro получить из них клетки сердечной мышцы», — пояснил изобретатель. Затем они помещаются в гелевую заплатку, которая имплантируется пациенту. Когда ткани сердечной мышцы начинают растворять гелевую заплатку, модифицированные стволовые клетки разрастаются и превращаются в плотную ткань сердечной мышцы. Если все работает так, как нужно, вскоре в новообразовавшиеся ткани начинают прорастать кровеносные сосуды, снабжающие клетки кислородом.
Важнейший момент процесса создания имплантата, как подчеркнул Изадифар, заключается в том, чтобы выстроить модифицированные стволовые клетки внутри гелевой сердечной заплатки таким образом, чтобы обеспечить их плотное соединение и такую же способность проводить электрический импульс, как у клеток обычной сердечной мышцы.
«Используя различные структуры трехмерных шаблонов при печати, мы можем варьировать прочность, проводимость и структуру ячеек заплатки», — рассказал Изадифар. «Благодаря методу медицинской визуализации, который я разработал в CLS, мы смогли бы контролировать трехмерное сердцебиение во время процесса заживления».
Можно ли вырастить сердце целиком?
Можно предположить, что, если методика «сердечных заплаток» будет успешно опробована на людях, то с ее помощью будет возможно заменять изношенные ткани сердца, не дожидаясь инфаркта. Это было бы огромным шагом на пути к выращиванию органов и их частей «в пробирке». Возможно, отдельные мышцы сердца можно будет вырастить целиком при помощи индивидуально созданного каркаса.
Эксперименты по выращиванию тканей сердечной мышцы успешно проводятся еще с 2007 года, когда биоинженерам из университета Мичигана удалось вырастить в пробирке кусок мышечной ткани, способный сокращаться.
Удалось ученым создать и работающую модель человеческого сердца, способную сокращаться точно так же, как это делает обычное живое сердце из мышечных тканей. В июле 2017 года ученые из Цюриха показали уникальное сердце из силиконоподобного материала, распечатанное на 3D-принтере. Оно такое же мягкое, как настоящее человеческое сердце, и имеет точно такую же способность к сокращениям.
Если удастся совместить все эти методики в одном глобальном эксперименте, то человечество сможет забыть о донорских органах, просто выращивая сердца для пересадки в лаборатории по индивидуальным параметрам пациента, нуждающегося в трансплантации.
Автор: Юлия Бондарь