В Китае разработали ткань сердца способную заменить электронные кардиостимуляторы
Китайские ученые из Шанхая разработали выращенную в лаборатории биологическую ткань сердца, которая может в будущем стать альтернативой электронным кардиостимуляторам. Исследователи создали трехмерный органоид синоатриального узла — крошечного скопления клеток в правом предсердии, которое часто называют природным источником сердечного ритма. Именно эта область генерирует электрические импульсы, благодаря которым сердце бьется ровно и скоординированно.
Руководствуясь сигналами от нервной системы, эти импульсы указывают верхним и нижним камерам сердца, когда сокращаться, что позволяет крови правильно циркулировать по всему телу. Когда синоатриальный узел дает сбой, сердце может биться слишком медленно или даже временно останавливаться, нарушая кровоток и создавая серьезные риски для здоровья. В наиболее тяжелых случаях отказ этого критического центра управления может угрожать жизни и требовать установки искусственного кардиостимулятора или экстренного медицинского вмешательства.
Для создания более реалистичной системы команда соединила органоид с искусственным сердечным сплетением — сетью нервов, расположенных у основания сердца, которая помогает регулировать сердечную деятельность. Это достижение позволило исследователям воссоздать то, как нервная система взаимодействует с сердцем, что открывает новые возможности для изучения нерегулярных сердечных ритмов и разработки будущих методов лечения, которые могли бы уменьшить зависимость от электронных кардиостимуляторов.
Исследование, опубликованное в журнале Cell Stem Cell, провели ученые из Китайской академии наук и Университета Фудань. Несмотря на ключевую роль синоатриального узла в поддержании правильного сердцебиения, его структуру было трудно изучать из-за малого размера и труднодоступного расположения внутри сердца. Находясь возле верхней правой камеры и рядом с одной из крупнейших вен организма, синоатриальный узел редко бывает легко доступен в образцах человеческих тканей, что ограничивало исследования его работы и развития связанных с ним сердечных заболеваний.
Исследования на животных, особенно на мышах, не могли в полной мере воспроизвести работу синоатриального узла — естественного источника сердечного ритма человеческого сердца. Из-за этих ограничений ученые все чаще обращаются к выращенным в лаборатории моделям синоатриального узла. В исследовании 2024 года, проведенном Медицинским университетом штата Нью-Йорк в Даунстейте, уже подчеркивался потенциал таких моделей для изучения болезней и создания биологических кардиостимуляторов. Развивая эту цель, исследователи в Шанхае использовали человеческие плюрипотентные стволовые клетки, которые могут превращаться в различные типы тканей, и воссоздали сигналы, обычно наблюдаемые на ранних стадиях развития эмбриона.
В результате выращенная ткань смогла производить стабильное и спонтанное сердцебиение, очень напоминающее активность естественного водителя ритма сердца. Ученые впервые в лабораторных условиях воссоздали полный процесс генерации и передачи сердцем электрических сигналов, контролирующих его ритм. Они обнаружили, что выращенная ткань очень близка к эмбриональным клеткам синоатриального узла человека с точки зрения активности генов и правильно реагирует на лекарства, используемые для контроля частоты сердечных сокращений.
Эти результаты могут проложить путь к созданию в будущем биологических кардиостимуляторов на основе трансплантируемых клеток или органоидов, предлагая альтернативу традиционным электронным устройствам. Обычные кардиостимуляторы, использующие электрические импульсы для регулирования сердцебиения, широко применяются в медицине уже более 50 лет и остаются одним из самых распространенных методов лечения пациентов с опасными нарушениями сердечного ритма.
Исследование опубликовано в журнале Cell Stem Cell.