Команда исследователей Гарвардского университета создала инновационную платформу, позволившую преодолеть одну из ключевых проблем восстановления повреждённой сердечной ткани — синхронизацию трансплантированных стволовых клеток с собственными клетками сердца пациента.
На протяжении десятилетий клетки сердечной мышцы, выращенные из стволовых клеток пациента (hiPSC-CMs), рассматривались как перспективный подход к регенерации сердца после инфаркта или при сердечной недостаточности. Однако их трансплантация часто сопровождалась риском аритмий, поскольку новые клетки не смогли должным образом интегрироваться в ритм ткани хозяина.
В рамках совместного исследования Школы инженерии и прикладных наук Гарварда (SEAS) и Департамента стволовых клеток и регенеративной биологии учёные под руководством профессора Цзя Лю разработали первую платформу, позволяющую непрерывно отслеживать созревание, взаимодействие и синхронизацию клеток, трансплантированных in vivo (в живом организме).
Исследователи использовали специализированные «высокотехнологичные мини-органы» — небольшие искусственно выращенные фрагменты сердечной ткани (органоиды), в которые заранее были встроены чрезвычайно тонкие и гибкие электронные сенсоры (наноэлектроника), напоминающие миниатюрные провода.
Эти мини-тканевые структуры с сенсорами (так называемые киборг-органоиды) затем трансплантировали в живой организм. После имплантации сенсоры позволяли регистрировать и непрерывно отслеживать, как пересаженные клетки проводят электрические импульсы — то есть как они сокращаются и как в реальном времени взаимодействуют с ритмом сердца хозяина.
Благодаря этой уникальной технологии стало возможным изолировать электрическую активность трансплантированных клеток от значительно более мощных сигналов собственного сердца. Это позволило точно определить, какие клетки выпадали из общего ритма. Ранее не существовало метода, способного с такой высокой точностью показать процессы, происходящие внутри пересаженной ткани.
Используя эту платформу, учёные протестировали различные способы улучшения интеграции трансплантированных клеток. Среди них особенно выдающиеся результаты показал самособирающийся пептид RADA16.
Этот пептид, уже одобренный для медицинского применения, действует как каркас. Перед трансплантацией его смешивают с сердечными клетками, в результате чего формируются небольшие поддерживающие волокна, имитирующие естественную среду сердечной ткани.
Многомесячные наблюдения показали, что клетки, обработанные RADA16:
— демонстрировали более зрелую структурную организацию;
— формировали более прочную электрическую связь с тканью хозяина;
— проявляли значительно меньшую асинхронную активность (признаки аритмии).
Области клеток, трансплантированных с поддержкой RADA16, были почти полностью синхронизированы с естественным сердечным ритмом.
Это достижение создаёт важную основу для оценки безопасности и эффективности регенеративной медицины. Аналогичные технологии могут быть применены и в других видах регенеративного лечения, где трансплантируемые клетки требуют полной интеграции с существующими тканями.
