Молекулярные биологи создали первую полноценную миниатюрную копию сердца зародыша мыши. Для этого они использовали миниатюрные аналоги эмбрионов, выращенные из стволовых клеток, – органоиды. Статью с описанием работы опубликовал научный журнал Cell Stem Cell.
«Главный плюс эмбриональных органоидов заключается в том, что внутри них параллельно развивается множество разных тканей. Они обмениваются между собой теми же сигналами, которые критически важны для правильного роста зародыша. Растущие в них клетки сердца находятся в той же среде, в которой они располагались бы в реальном эмбрионе», – объяснила Джулиана Росси, молекулярный биолог из Швейцарской федерально политехнической школы и один из авторов работы.
За последние десять лет ученые неоднократно пытались с помощью эмбриональных или стволовых клеток создать искусственные аналоги печени. Первые подобные опыты завершились успехом еще в 2012 году. Тогда японские ученые воспроизвели некоторые функции печени мышей с помощью искусственно выращенных подобий органов – органоидов.
Впоследствии биологи создали и протестировали несколько других вариантов подобной «искусственной» печени и других органов. Все подобные опыты проводили на культурах клеток животных, из-за чего исследователи пока не уверены, можно ли аналогичным образом вырастить человеческие органы.
Сердце из пробирки
Росси и ее коллеги сделали первый большой шаг к выращиванию сердца в пробирке. Они придумали, как культивировать полноценные миниатюрные аналоги сердца из стволовых клеток мышей.
Анализируя наборы сигналов, которые нужны для того, чтобы превратить стволовые клетки в различные ткани тела, ученые обратили внимание, что сердце – первый орган, который начинает формироваться и работать внутри зародыша многоклеточных. Руководствуясь этой идеей, швейцарские исследователи попытались вырастить не «взрослое» сердце, а его эмбриональный аналог, создав так называемый гаструлоид.
Так ученые называют миниатюрный аналог зародыша. По своей структуре он напоминает так называемую гаструлу – полую шарообразную структуру, которая формируется на первых фазах развития эмбриона. Вырастив несколько подобных мини-зародышей из стволовых клеток, ученые обработали их смесью из аскорбиновой кислоты и белков VEGF-165 и FGF, которые стимулируют рост сердца и сосудов.
В результате в подавляющем большинстве гаструлоидов начали формироваться сначала «заготовки» клеток сердечной мышцы, а затем возникал и сам орган. Он начинал сокращаться, а также вырабатывать и воспринимать сигналы, характерные для формирующегося сердца. Вдобавок ученые зафиксировали признаки того, что вокруг этого органоида начали расти кровеносные сосуды, а внутри него начали зарождаться клетки, которые участвуют в формировании левой и правой половины сердца.
Ученые надеются, что в ходе дальнейших опытов с гаструлоидами поймут, как превратить подобную структуру в полноценное человеческое сердце. Также они надеются узнать, как возникают нарушения в его работе. Для этого нужно будет выращивать искусственные копии систем кровообращения людей с врожденными кардиологическими болезнями.
