Клітини серця, з "єднані полімерною застібкою" липучкою ", працюють як одне ціле.
Клітини серця, як і багато інших, можна вирощувати в лабораторних умовах. Але якщо ми вирощуємо їх не просто так, а з метою пересадити хворому замість загиблого шматочка серцевого м'яза, то тут починаються проблеми. У серці клітини розвиваються в специфічному оточенні, їх підтримують і направляють спеціальні білки, які допомагають їм перетворитися на скоротне м'язове волокно. Клітини, вирощені «в пробірці», в лабораторній культурі, позбавлені напрямних молекулярних сил, виявляються аморфними і слабкими. Вони можуть збуджуватися і скорочуватися, але вони проробляють це неузгоджено і різноспрямовано. А нам якраз потрібно, щоб вирощена тканина працювала як одне ціле, щоб всі клітини, які її утворюють, скорочувалися разом і в одному напрямку.
Очевидно, щоб клітини виходили такими як треба, потрібно змоделювати для них природні, природні умови розвитку. Два роки тому Міліца Радісік (Milica Radisic) і співробітники її лабораторії в Університеті Торонто запропонували використовувати тут нитку з шовкового шовного матеріалу, що використовується в хірургії для зшивання ран. Шовк тут працював як опорна структура, що допомагає клітинам витягуватися в одному напрямку, подібно до того, як вони формують м'язове волокно в серці. Але нитка задає тільки один напрямок, тоді як жива тканина росте в усі боки. І надалі дослідникам довелося вдосконалити свій метод, створивши тривимірний каркас для вирощування серцево-м'язової тканини.
У статті в Science Advances автори описують, як отримати багатошаровий зразок серцевої тканини, який скорочувався б як одне ціле. Клітини вирощують на сітці зі спеціального біосумісного та біодеградованого полімеру; ячі сітки багатокутні і нагадують бджолині соти, тільки вони витягнуті в один бік. Клітини, які виросли на такій сітці, теж витягуються, і, якщо через них пропустити електричний імпульс, вони всі скорочуються в одному напрямку, згинаючи полімерний каркас, на якому тримаються. На першу сітку накладається друга, яка забезпечена особливими Т-подібними виступами. Ці виступи міцно з'єднують обидва клітинно-полімерні шари. Принцип дії тут такий же, як у застібці-липучці, дві половинки якої з'єднуються за принципом ріпейника: мікрокрючочки на одній половині чіпляються за мікропетлі на іншій половині. Після поєднання шарів вони знову ж скорочувалися синхронно і в одному напрямку. За словами дослідників, в експериментах їм вдавалося так скласти до трьох шарів, використовуючи різні малюнки сіток.
В ідеалі новий метод дозволить в буквальному сенсі штопати серце після інфарктів: зі стовбурових клітин пацієнта вирощується наскільки завгодно великий фрагмент тканини, за формою і товщиною підходить замість загиблої ділянки серцевого м'яза. Сам полімер, на якому ростуть клітини, не доставить ніякого клопоту - через кілька місяців він розсмоктується без сліду. Є й інший плюс: вирощуючи клітини таким способом, нам не потрібно потім докладати додаткових зусиль, щоб зняти їх з субстрату, на якому вони росли - іншими словами, не потрібно піддавати їх механічному стресу, і можна не боятися їх пошкодити. Цю ж технологію можна використовувати і для вирощування інших тканин. Наприклад, вже вдалося показати, що крім кардіоміоцитів, за допомогою таких сіток можна вирощувати сполучні фібробласти і клітини ендотелію.
Останнім часом біологи активно намагаються вирішити проблему тривимірних клітинних культур і просторової організації колоній клітин. Все-таки звичайні клітинні шари, що ростуть в лабораторному культуральному посуді, сильно відрізняються від того, як ті ж клітини існують в упорядкованій тривимірній структурі органу. Ми неодноразово писали про спроби виростити об'ємний фрагмент органу: торік, наприклад, це був «мінішлунок» від співробітників Медичного центру при дитячій лікарні Цинциннаті, а на початку минулого літа з'явилися повідомлення про те, що в Стенфорді вдалося отримати мікроаналог півкуль мозку. Що ж до «серця на липучці», то тут залишається чекати результатів клінічних випробувань - хотілося б сподіватися, що фрагменти тканини, вирощені таким способом, зможуть переносити реальні серцеві навантаження.