Сердце бьется не само по себе — его работой управляет крошечный пучок клеток в правом предсердии, именуемый синоатриальным узлом. Он генерирует электрические импульсы, заставляя орган сжиматься в строго заданном темпе. Когда этот узел выходит из строя, человек сталкивается с аритмией, угрожающей жизни. До сих пор единственным надежным спасением оставался металлический кардиостимулятор. Но можно ли воссоздать этот сложный механизм из живых клеток?
Команда исследователей из Шанхайского института биохимии и клеточной биологии сделала важнейший шаг в этом направлении. Используя человеческие плюрипотентные стволовые клетки, ученые впервые вырастили в чашке Петри не просто пульсирующую ткань, а полноценный трехмерный органоид синоатриального узла. Результаты их работы, опубликованные в журнале Cell Stem Cell, описывают создание так называемого биологического кардиостимулятора.
Главная сложность заключалась не в том, чтобы заставить клетки сокращаться. Как заставить их слушаться команд нервной системы? В живом организме частота пульса постоянно корректируется сигналами из мозга. Чтобы сымитировать этот процесс, шанхайские биологи объединили пейсмейкерный (задающий ритм) органоид с выращенным ганглионарным сплетением, богатым нейронами.
Эксперимент увенчался успехом: нервные волокна самостоятельно проросли внутрь искусственного узла и начали регулировать частоту его «биения» с помощью молекулярных сигналов, в точности повторяя природный механизм.
Зачем ученым понадобилась столь ювелирная сборка? Изучать нарушения ритма на мышах неэффективно — их сердце бьется слишком быстро, а получить образцы живого синоатриального узла человека по понятным причинам практически невозможно. Новая трехкомпонентная модель «нерв — узел — предсердие» позволила исследователям воссоздать генетическую аритмию прямо в лаборатории. Внеся целевую мутацию, они зафиксировали замедление ритма, а затем успешно протестировали блокаторы калиевых каналов, которые вернули пульс в норму.
Означает ли это, что эпоха титановых приборов под кожей подошла к концу? Пока нет. До момента, когда подобные биологические конструкции смогут имплантировать реальным пациентам, предстоит решить массу вопросов безопасности — от долгосрочной выживаемости клеток до защиты от отторжения. Тем не менее, технологический фундамент заложен. Разработанная платформа уже сейчас позволяет фармацевтам тестировать новые лекарства от аритмии на аутентичной человеческой ткани, существенно приближая персонализированную медицину будущего.
