№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Ученые вырастили большую часть человеческого сердца в миниатюре, и оно бьется

Фото: Sargol Okhovatian

Возможно, в будущем человек сможет получить полностью искусственное сердце в качестве донорского органа.

Исследователи из Университета Торонто и Университета Монреаля в Канаде реконструировали сосуд длиной в миллиметр, который не только бьется, как настоящий, но и перекачивает жидкость, как мышечная выходная камера сердца человеческого эмбриона.

«С помощью нашей модели мы можем измерить объем выброса, то есть, сколько жидкости выталкивается каждый раз, когда желудочек сокращается. Кроме того, мы можем узнать давление этой жидкости. Эти данные почти невозможно было получить с предыдущими моделями», – Саргол Оховатян, соавтор исследования.

Существует всего несколько вариантов изучения того, как больное или здоровое сердце направляет кровь. Органы, которые больше не полностью функциональны, например, те, которые были удалены при вскрытии, обеспечивают подлинность без активности. Культуры тканей могут пролить свет на биохимическую функциональность, но они не полностью охватывают гидравлику трехмерной пульсирующей массы.

Исследования на животных позволяют ученым проверить, как функционирует живое сердце, но это не всегда самый этичный вариант. Однако новый орган, похожий на сердце, был выращен в лаборатории с использованием смеси синтетических и биологических материалов и с легкостью проходит этическую проверку. 

Сами клетки были получены из сердечно-сосудистых тканей молодых крыс, а затем выращены на слое каркаса, напечатанного из полимера с канавками для направления роста ткани.

Эта плоская сетка заставила структуру имитировать расположение волокон сердечной мышцы левого желудочка человека – громоздкой конечной камеры, из которой кровь выбрасывается в аорту одним сильным сжатием.

Чтобы превратить трехслойную стопку сердечных клеток во что-то, больше напоминающее пульсирующую камеру, команда использовала конусообразный стержень, который они назвали дорном. Для того, чтобы эта крошечная трубка билась потребовалась серия небольших электрических зарядов. 

«До сих пор было предпринято всего несколько попыток создать действительно трехмерную модель желудочка. Практически все они были сделаны из одного слоя клеток. Но настоящее сердце имеет много слоев, и клетки в каждом слое ориентированы под разными углами. Когда сердце бьется, эти слои не только сокращаются, но и скручиваются, это немного похоже на то, как вы скручиваете полотенце, чтобы выжать из него воду. Это позволяет сердцу перекачивать больше крови», – Милика Радисич, соавтор исследования.

Имея внутренний диаметр всего полмиллиметра, сосуд едва успевает выбрасывать жидкость при давлении около 5 процентов от сердца взрослого человека. Тем не менее, модель является отличным доказательством концепции, которую со временем можно будет увеличить, включив больше слоев ткани. 

Возможно, со временем остов можно будет снять и в него можно будет включить смесь тканей человеческого происхождения, не только улучшив структуру как модель, но и проложив путь к полностью функциональному пересаживаемому органу.

«С помощью этих моделей мы можем изучать не только функции клеток, но и функции тканей и органов, и все это без необходимости инвазивной хирургии или экспериментов на животных», – заключает Радисич.