Новое сердце с сосудами на 3D принтере из клеток человека

В Израиле разработали уникальный способ, благодаря которому можно получить настоящее новое сердце (причем с кровеносными сосудами) из клеток тела конкретного человека. Ученые извлекают несколько клеток из организма и превращают их в стволовые клетки. Полученный материал вновь «преобразовывают», но уже в клетки сердца и сосудов. Как рассказывает своим читателям известный научный журнал Advanced Science, именно благодаря такому способу ученые впервые в мире смогли изготовить при помощи 3D принтера миниатюрную копию настоящего сердца с окружающими его кровеносными сосудами. Причем эта копия на 100% совместима с организмом человека, у которого были взяты образцы клеток.

печать органов

Миллионы людей по всему миру имеют серьезные проблемы с сердцем. В ряде случаев сердечная недостаточность и заболевания сердечно-сосудистой системы приводят к самым печальным последствиям. Помочь может только одно – пересадка сердечной мышцы, либо вживление в организм ее искусственного аналога. Подобные операции проводятся во многих клиниках и вполне успешно, однако полностью проблема еще не решена. Причины две: нехватка донорских органов и отторжение пересаженного сердца организмом. Последняя причина связана с тем, что иммунная система человека зачастую воспринимает донорское сердце как инородное тело. Избежать этого можно, но человеку надо постоянно принимать иммунодепрессанты. Это не самый лучший выход, поскольку из-за них страдает вся иммунная система. Поэтому оптимальным вариантом по-прежнему остается пересадка искусственного сердца или создание сердечной мышцы-донора из клеток пациента. 

сердце на принтере

Настоящий прорыв в этой сфере совершила группа ученых, возглавляемая Талем Двиром (Тель-Авивский университет). Они не только разработали метод, не имеющий аналогов, но и сумели успешно воплотить его в жизнь. Суть его заключается в создании сложнейших клеточных структур, которые затем могут использоваться в качестве основы для «выращивания» любых искусственных органов, в том числе сердца с сосудами. На практике это выглядит так. 

При помощи процедуры биопсии у пациента извлекают образец клеточной ткани. В процессе эксперимента для этой цели использовался сальник. Затем клетки-родоначальницы (соединительная ткань) ученые превратили в плюрипотентные (способные преобразовываться в другие типы клеток) стволовые клетки. В свою очередь их преобразовали в кардиомиоциты и эндотелий. Из клеток первого типа получают клетки сердечной мышцы, а из второго – клетки, образующие внутренние стенки кровеносных сосудов. 

печать органов

Помимо клеток соединительной ткани сальника ученые использовали его внеклеточные структуры – так называемый внеклеточный матрикс. С его помощью к клеткам поставляются питательные в-ва. Из этой «смазки» был получен специальный гидрогель – именно он стал «базой» 3D печати сердечной мышцы. Этот гидрогель обладает особым свойством – при повышении температуры до 37 C он уплотняется. Концентрация в-ва составляет 2.5 % по соотношение массы к объему. 

Из гидрогеля получили 2 типа «печатных материалов» – образцы эндотелия и кардиомиоцитов. В 3D принтер с 2-мя печатающими головками «загрузили» исходные образцы, после чего начали послойно «печатать» сердечную мышцу. Причем в процессе создания внутренний орган находился в сосуде с жидкостью, которая не давала новой структуре распадаться на отдельные клетки. 

Проведя серию экспериментов, ученые выяснили, что этот метод позволяет «выращивать» модели различных внутренних органов, в том числе имеющих сложную форму. Наиболее трудной в воспроизведении оказалась небольшая копия сердечной мышцы человека. Ведь пришлось воссоздавать все камеры сердца, а также венозные и артериальные сосуды. Дополнительные исследования показали, что NoD печать почти не влияет на нормальное функционирование клеток. Более того – в «напечатанном» сердце присутствует ток кальция, что вызывает естественное сокращение тканей. 

Еще до этого эксперимента в Америке группа ученых также попыталась получить искусственное сердце из клеток человека-пациента. Но они выбрали совершенно другой подход. В качестве «сердечного каркаса» был использован лист шпината, из которого убрали абсолютно все клетки. Остались лишь многочисленные «сосуды». Затем на их внешнюю поверхность нанесли человеческие стволовые клетки (мезенхимальные), а также кардиомиоциты, а внутреннюю устлали слоем эндотелия.

Возврат к списку