Нановолокна и наночастицы в инженерии сердечной ткани

(Stock Photo/Thorsten Schmitt)

Инфаркт миокарда наносит по ткани сердца страшный удар. Малое количество стволовых клеток в ткани сердечной мышцы делает ее восстановление практически невозможным. Мышечная ткань замещается фиброзной – полностью лишенной способности выполнять основную функцию сердца – сокращаться и перекачивать кровь.

В поисках инновационных методов восстановления функции сердца ученые разрабатывают сердечные патчи, которые могут быть трансплантированы в организм для замены погибшей части сердца. Доктор Таль Двир (Tal Dvir), руководитель лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины, и аспирант кафедры молекулярной микробиологии и биотехнологии Михал Шевач (Michal Shevach) из Центра нанонауки и нанотехнологий (Center for Nanoscience and Nanotechnology) Тель-Авивского университета (Tel Aviv University) разрабатывают почти в буквальном смысле слова «золотой стандарт» в инженерии сердечной ткани. Целью исследователей является получение функциональной инженерной ткани и оптимизация межклеточной передачи электрических сигналов. О результатах своего исследования они сообщают в журнале Journal of Materials Chemistry B.

Чтобы решить одну из самых серьезных проблем в создании сердечных патчей – обеспечить полную имитацию инженерной тканью четко скоординированной электрической составляющей деятельности сердца, отвечающей за сокращения и их ритм, – ученые функционально интегрировали сердечные клетки с покрывающими нановолокна трехмерной подложки наночастицами золота.

Чтобы повысить проводимость матрикса и интенсифицировать межклеточную передачу электрического сигнала, израильские ученые предложили включить в макропористые подложки наноструктуры из золота. Их простой метод получения трехмерных нановолоконных подложек с инкорпорированными наночастицами золота позволяет получить функциональные ткани сердца с большой сократительной силой, более пригодные для трансплантации. Наночастицы золота на волокнах поддерживают желательную пропорцию кардиомиоцитов и фибробластов, а также стимулируют массивную экспрессию актининов саркомеров. Наконец, инженерные сердечные ткани, выращенные в среде с наночастицами золота, показывают значительно более высокую полноту и частоту сокращений. (Рис. Journal of Materials Chemistry B)

Так как золото усиливает взаимодействие биоматериалов, при добавлении его наночастиц мышечные клетки сокращаются значительно быстрее и сильнее и, что особенно важно, делают это в унисон. Это значит, что межклеточная передача электрического сигнала становится более эффективной и ткань, выращенная в присутствии наночастиц золота, гораздо более пригодна для пересадки в организм пациента.

Этот эффект объясняется тем, что на поверхности клеток сердца находятся белки, отвечающие за передачу электрических сигналов. Однако в процессе получения инженерной ткани, к сожалению, неизбежна потеря этих белков. Чтобы клетки снова начали их синтезировать, требуется время, которого у пациента, возможно, уже нет. К счастью, в этом случае ученые могут протянуть природе руку помощи: роль временных электрических соединительных элементов, пока клетки не смогут снова синтезировать необходимые белки, сыграют покрытые наночастицами золота нановолокна трехмерной подложки.

Так как 50 процентов пациентов, перенесших инфаркт миокарда, умирают в течение последующих пяти лет, медицина чрезвычайно нуждается в более эффективных методах восстановления сердечной мышцы. Функциональная и пригодная для трансплантации ткань может не только сохранить жизнь пациентов, но и улучшить ее качество.

В ближайшее время доктор Двир планирует оценить потенциал своих патчей в улучшении функции сердечной мышцы после инфаркта сначала в доклинических лабораторных тестах, а затем и в клинических испытаниях на пациентах. Он считает, что идеальным решением при выращивании тканей было бы использование собственных клеток пациента: такой подход позволил бы избежать одной из главных проблем трансплантологии – иммунного отторжения.

По материалам

A Heart of Gold

Оригинальная статья:

Michal Shevach, Ben M. Maoz, Ron Feiner, Assaf Shapira, Tal Dvir. Nanoengineering gold particle composite fibers for cardiac tissue engineering

© «Нановолокна и наночастицы в инженерии сердечной ткани». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Нанотехнологии в медицине и биологии.

Еще о работе доктора Двира

Полимерные спирали в 3-D подложках делают инженерную сердечную ткань более функциональной