С 2009 года ученые вводили, трансплантировали и вводили миллионы различных видов лечения на основе стволовых клеток умирающему человеческому сердцу с целью вылечить болезнь сердца, но пока результаты были неоднозначными.«За прошедшие годы мы увидели много заманчивых данных, но также и множество вариаций в результатах.
Некоторые люди получают небольшие выгоды, а другие ничего не получают», — говорит Махмуд Хан, M. Pharm, PhD, ученый из Дэвиса. Научно-исследовательский институт сердца и легких при Медицинском центре Векснера при Университете штата Огайо. «Мы до сих пор не знаем точно, как стволовые клетки исцеляют сердце. Но мы знаем, что 90 процентов стволовых клеток умирают или исчезают в течение первых четырех дней после трансплантации, поэтому их потенциал, вероятно, еще не полностью реализован».
В то время как ученые по всей стране проводят клинические испытания для определения режима сердечных стволовых клеток, который может получить одобрение FDA, доктор Хан и исследователь экстренной медицины Марк Ангелос, доктор медицины, подходят к проблеме с другой точки зрения: ищут способы получения стволовых клеток. с большей вероятностью выживут в негостеприимной микросреде израненного сердца.«Поврежденное сердце имеет участки с плохой оксигенацией и кровотоком. Это неблагоприятное место для роста стволовых клеток», — сказал доктор Марк Ангелос, заместитель председателя отдела исследований в отделении неотложной медицины Медицинского колледжа штата Огайо. «Разрабатывая методы, которые улучшают доставку стволовых клеток и выживаемость, мы надеемся, что терапия сможет принести более последовательные и большие выгоды».
Техника предварительной обработки предотвращает самоубийство сердечных клетокВ течение нескольких часов и дней после сердечного приступа ткань сердца, лишенная кислорода, умирает, и химические посредники приказывают поврежденным клеткам самоуничтожиться. Обычно считается, что оптимальное окно для лечения на основе стволовых клеток — это время, когда стволовые клетки могут иметь шанс замкнуть процесс ремоделирования и предотвратить рубцы, которые в конечном итоге приводят к необратимой сердечной недостаточности.
«Это, вероятно, лучшее и худшее время для лечения стволовыми клетками. Мы буквально отправляем их на поле битвы, где мало кислорода, а гены приказывают клеткам самоуничтожиться», — сказал доктор Хан.Доктор Хан говорит, что 30% всех генов, кодирующих белок млекопитающих, регулируются микроРНК (миРНК), одноцепочечными молекулами РНК длиной примерно 22 нуклеотида. Исследования показали, что miRNA имеют большой потенциал в качестве терапевтической мишени для лечения ряда заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания.
Было показано, что измененная экспрессия miRNA, таких как miR-1, miR-133, miR-21 и miR-208, способствует развитию сердечных заболеваний. Исследователи отточили miR-133a, которая, по-видимому, играет роль в замедлении фиброза и ремоделирования сердца.
Важно отметить, что уровни miR-133a снижены у людей, перенесших сердечный приступ.Исследовательская группа предположила, что если бы они смогли повысить уровень miR-133a в стволовых клетках по мере их культивирования, они могли бы заранее запрограммировать клетки на выживание. При поддержке пилотного гранта Государственного центра клинической и трансляционной науки (CCTS) штата Огайо команда биоинженерии создала молекулу, которая побуждает мезенхимальные стволовые клетки (MSC) производить miRNA-133a. При трансплантации животной модели ишемии сердца предварительно обработанные МСК показали улучшенную выживаемость по сравнению с необработанными МСК.
«Мы обнаружили, что предварительно обработанные МСК лучше справились с уменьшением глобального повреждения сердца, наряду с улучшением толщины стенки левого желудочка по сравнению с необработанными МСК», — сказал д-р Ангелос. «МСК — это обычно используемый тип клеток в текущих исследованиях сердечной недостаточности, поэтому наши результаты определенно имеют отношение к этой работе».Результаты команды были опубликованы в мартовском номере журнала Cardiovascular Pharmacology.
Нановолоконный лейкопластырь для разбитых сердецРаботая над способами увеличения выживаемости стволовых клеток, исследователи также занялись другой проблемой, с которой сталкиваются стволовые клетки, — как помочь им беспрепятственно функционировать вместе с существующей тканью сердца.В настоящее время большинство стволовых клеток выращивают на плоской культуральной пластине и либо вводят непосредственно в сердце — обычно на периферию рубцовой ткани, — либо вводят в сердце через артерию. Хотя большинство этих стволовых клеток либо умирают, либо распространяются по всему телу, успешно трансплантированные стволовые клетки иногда непреднамеренно нарушают работу сердца.
«Сердце — это постоянно движущаяся, связанная матрица мышечных волокон, работающих вместе, чтобы заставить сердце работать синхронно», — сказал д-р Ангелос. «Трансплантированные стволовые клетки могут не совпадать с нативной тканью, потенциально нарушая или ослабляя сигналы, которые поддерживают устойчивое сердцебиение. Есть доказательства того, что это может способствовать аритмии».
Чтобы создать более безопасную среду, в которой могут приживаться стволовые клетки — и такую ??среду, которая больше напоминает здоровую ткань сердца, доктор. Хан и Ангелос использовали биоразлагаемый «пластырь» из нановолокна, засеянный кардиомиоцитами, полученными из индуцибельных плюрипотентных стволовых клеток человека (hiPSC-CMs). Хотя доступен ряд типов стволовых клеток, исследователи использовали hiPSC-CM, потому что эти клетки получены от пациентов и могут использоваться для ремоделирования болезни и трансплантации аутологичных стволовых клеток пациентам с сердечной недостаточностью.Выровненный пластырь из нановолокна и стандартный культуральный планшет были засеяны hiPSC-CM, а затем оба сравнивались на предмет передачи сигналов кальция и синхронного биения.
В течение двух недель обе культуры стволовых клеток спонтанно бились, как миниатюрное сердце. Однако линейное зерно нановолокна сформировало выровненный узор из клеток, который выглядит — и функционирует — больше как здоровая сердечная ткань.«Кардиомиоциты, культивируемые на плоской пластине, разбросаны и дезорганизованы.
Кардиомиоциты, выращенные на каркасе из нановолокон, больше похожи на здоровые сердечные клетки, бьются сильнее и синхроннее, чем клетки из плоской пластины», — сказал доктор Хан. «Затем мы надеемся использовать то, что мы узнали из этого исследования, для разработки более толстого, многослойного пластыря, который может помочь восстановить тонкие и ослабленные стенки сердца».Доктора Хан и Ангелос видят большой потенциал для будущего клинического применения для лечения пациентов с сердечной недостаточностью путем перевязки поврежденной сердечной мышцы сердечным пластырем из нановолокна.
Они говорят, что также возможно, что когда-нибудь они смогут объединить технику предварительной обработки микроРНК и пластырь, чтобы дать стволовым клеткам повышение выживаемости вместе с защитной структурой для улучшения результатов.