Ученые нашли способ заставить сердце взрослого человека регенерировать

Ученые обнаружили, что повторная активация одного фетального гена позволяет восстановить мышечные клетки сердца взрослого человека после повреждения. Согласно новому исследованию, хотя этот ген присутствует и слабо активен в клетках взрослого сердца, его деятельность сильно ограничена, что делает регенерацию сердечной ткани практически невозможной. Лабораторные тесты на клетках человеческого сердца показали обнадеживающий потенциал к восстановлению. Эти результаты могут способствовать разработке новых подходов в регенеративной терапии.

Несмотря на прогресс в лечении и усилия по профилактике, сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной смертности в мире. По оценкам, в 2022 году от этих патологий умерло 19,8 миллиона человек, что составляет около 32% от общего числа смертей. 85% этих летальных случаев произошли из-за инфаркта миокарда или инсульта.

Тяжелые повреждения сердца, например, вследствие инфаркта или сердечной недостаточности, остаются сложными для лечения из-за крайне ограниченной — или даже отсутствующей — способности тканей взрослого сердца к самовосстановлению. В ответ на повреждение сердечная мышца формирует в основном рубцовую ткань, что обеспечивает лишь временное восстановление и способствует росту заболеваемости и смертности от сердечных патологий.

Хотя многие методы лечения разработаны для смягчения симптомов, полное восстановление функции сердца до состояния, предшествующего болезни, остается почти невозможным. Молекулярные и клеточные терапии, такие как использование стволовых клеток или клеток-предшественников, исследовались в течение последних двух десятилетий для попыток восстановления миокарда на разных стадиях болезни. Однако эти подходы показали лишь ограниченную эффективность в клинических испытаниях.

Команда из Медицинской школы Айкан в Маунт-Синай (Нью-Йорк) предлагает альтернативный регенеративный подход, основанный на активации фетального пути, который может оказаться более эффективным. Результаты, подробно изложенные в журнале npj Regenerative Medicine, позволяют предположить, что этот метод может восстановить естественную способность взрослого сердца к регенерации после повреждения.

В то время как некоторые животные, например, отдельные виды рыб и земноводных, обладают естественной способностью восстанавливать свои клетки сердца, млекопитающие, особенно во взрослом возрасте, в значительной степени лишены этой возможности. Ученые отмечают, что в здоровом человеческом сердце наблюдается низкий уровень обновления кардиомиоцитов, но этот процесс крайне ограничен и снижается с возрастом. Следовательно, регенерация сердца в ответ на повреждение, такое как инфаркт миокарда, остается серьезной клинической проблемой.

Исследователи сосредоточились на гене под названием Циклин A2 (CCNA2) — ключевом регуляторе клеточного цикла кардиомиоцитов, который активен во время внутриутробного развития, но отключается вскоре после рождения. У плода он играет важнейшую роль в делении и росте клеток, способствуя пролиферации новых клеток сердца. Однако у взрослых особей этот путь активности сильно подавлен.

До сих пор исследования по реактивации этого гена во взрослых клетках проводились только на животных моделях. Предыдущие эксперименты на взрослых свиньях показали, что его активация успешно запускает обновление клеток сердца после инфаркта. У подопытных животных наблюдалось увеличение количества новых клеток в зонах, прилегающих к инфаркту, до 55%. Также у них отмечалось значительное уменьшение фиброза (рубцевания) и улучшение сердечной функции. Опыты на мышах дали схожие результаты.

Новое исследование было нацелено на то, чтобы воспроизвести эти результаты, на этот раз на клетках сердца взрослых людей в возрасте 41 и 55 лет, а также на клетках сердца взрослых мышей. Для введения активированного гена CCNA2 в культивируемые клетки использовался вирусный вектор. Исследователи провели визуализацию клеток в реальном времени, чтобы отслеживать их деление и морфологию, а также выполнили РНК-секвенирование для анализа изменений в экспрессии генов.

Активация гена CCNA2 позволила восстановить человеческие клетки сердца. Новые клетки сохраняли структуру и функцию сердечной мышцы и продолжали эффективно регулировать уровень кальция, что крайне важно для сократимости. Секвенирование восстановленных клеток мыши также выявило признаки активного деления и клеточного репрограммирования.

Как пишут авторы, в совокупности эти результаты позволяют предположить, что частичное репрограммирование, вызванное CCNA2, отражает контролируемую активацию программ развития. Это согласуется с регенеративными ответами, наблюдаемыми в сердцах новорожденных, и подтверждает более ранние данные о том, что даже умеренное увеличение экспрессии генов клеточного цикла может улучшить способность сердца к регенерации.

Хотя для перехода к клиническим испытаниям потребуются дополнительные исследования, эти результаты открывают многообещающее направление для восстановления сердца у взрослых. Более того, в отличие от трансплантации клеток или неспецифических митогенов, CCNA2 сочетает в себе стимуляцию пролиферации с сохранением клеточной специализации, предлагая таким образом более безопасную и эффективную стратегию для регенерации сердца.