Сердечная остановка убивает части сердца. Мертвые, клетки не восстанавливаются. Но ученые, возможно, придумали способ обратить вспять это - и потенциально могут спасти тысячи людей.
Хирурги любят говорить, что когда человек страдает сердечным приступом, время - это мышцы. Сердце зависит от непрерывного поступления кислорода из коронарных артерий; если они блокируются и прекращение питания, сердечные мышцы начинают отмирать всего за несколько минут. Во многих случаях, если хирурги не могут снять блокировку в течение часа, более 1 миллиарда мышечных клеток необратимо теряются.
Те, кто выживает, часто остаются с постоянной сердечной недостаточностью . В течение пяти лет после нападения 50% из них больше не будут жить. «В конце концов их сердца становятся настолько слабыми, что они не могут поддерживать достаточный приток крови, и они просто полностью прекращают свое существование», - говорит Санджай Синха, кардиолог в больнице Адденбрука, Кембридж.
Но даже в течение следующих пяти лет регенеративная медицина может обеспечить радикальную новую альтернативу.
Задача состоит в том, что в отличие от некоторых других наших органов, таких как кожа и печень, сердце обладает очень ограниченной способностью к самоисцелению. Мышечные клетки сердца реплицируются со скоростью всего 0,5% в год, что недостаточно для восстановления каких-либо значительных повреждений. Вместо этого мертвые клетки заменяются толстыми слоями жесткой рубцовой ткани, что означает, что участки сердца просто перестают функционировать.
В настоящий момент единственным медицинским вариантом для пациентов с сердечной недостаточностью является трансплантация сердца. Но отсутствие донорских органов означает, что только 200 из этих операций могут проводиться в Великобритании каждый год. «Я не думаю, что мы могли бы получить количество доноров, которые нам нужны, потому что вы не получите тысячи молодых людей, умирающих здоровыми сердцами», - говорит Синха. «Есть только очень маленький пул людей, которые умерли, дорожно-транспортные происшествия или травмы головы, где сердце все еще сильное и может использоваться для трансплантации».
Лечение стволовыми клетками может стать альтернативой. В клинических испытаниях ученые попытались переосмыслить поврежденные сердца, введя отдельные стволовые клетки, которые могут развиться во множество разных типов, - от крови пациента или костного мозга непосредственно в сердце.
Хотя эти подходы успешно регенерировали поврежденные кровеносные сосуды и, таким образом, улучшали приток крови к сердцу, они показали минимальную выгоду с точки зрения решения основной проблемы - увеличения назад потерянной сердечной мышцы. Это считается, потому что 95% инъекционных стволовых клеток не могут прикрепляться к сердцу и сразу теряются в кровотоке.
Но вместе с группой биологов стволовых клеток в Институте стволовых клеток Университета Кембриджа Синха работает над немного иной идеей: сердечные патчи.
Эти крошечные, избитые кусочки сердечной мышцы, каждый размером менее 2,5 кв. Дюймов (0,5 квадратных дюйма) в площади и толщиной в полтора сантиметра, изготавливаются в небольших посудах в лаборатории. Выращенные в течение месяца, пятна сделаны, беря клетки крови и перепрограммируя их в определенную форму стволовых клеток, которые могут быть преобразованы в любую клетку в организме человека - в этом случае клетки сердечной мышцы, клетки кровеносных сосудов и эпикард, мембрана вокруг сердца, которая придает ей форму. Эти кластеры сердечных клеток затем выращивают в специальном каркасе, который организует и выравнивает их в формацию, напоминающую настоящую сердечную ткань.
«Мы полагаем, что эти пятна будут иметь гораздо больший шанс естественным образом ассимилироваться в сердце пациента, поскольку мы создаем полностью функциональную ткань, которая уже бьется и сжимается, комбинируя все эти разные типы клеток, которые общаются друг с другом», - говорит Синха ,
«Мы знаем, что клетки эпикарда особенно важны для координации правильного развития сердечной мышцы, потому что исследование показало, что при развитии эмбрионов между эпикардием и развивающимся сердцем происходит множество перекрестных помех».
Sinha в настоящее время готовится к пробным пластырям сначала у мышей, а затем с свиньями. Если все идет по плану, через пять лет он может быть готов провести первое человеческое испытание.
В ритме
Он не одинок. В США совместная команда ученых из Стэнфордского университета, Университета Дьюка и Университета Висконсина также пытается построить сердечные патча .
Подобно Sinha, они предусматривают будущую процедуру, когда комбинация ультразвукового и МРТ-сканирования используется для обнаружения поврежденных структур в сердце. Основываясь на форме рубцевания, они затем 3D напечатали пользовательский сердечный патч любой формы или размера. Хирурги открывали полость грудной клетки и приклеивали патч к сердцу таким образом, чтобы связать его с существующими венами и артериями.
«Для пациентов с особенно тяжелой сердечной недостаточностью в разных местах потребуются множественные пятна, так как все сердце расширяется, чтобы попытаться адаптироваться к этому повреждению», - говорит профессор восстановительной биологии Университета Висконсина Тим Камп, который является частью сотрудничества. «Он меняет форму от того, чтобы быть похожим на мяч для регби или большой шар».
Одной из основных проблем, связанных с этим подходом, является то, как электрически интегрировать новый патч с сердцем, чтобы обеспечить одновременное избиение. Любые дефектные электрические соединения могут стимулировать ненормальный сердечный ритм.
«Мы можем нанести патч на сердце с помощью наших хирургических инструментов, но мы не можем заставить их пожать друг другу руки», - говорит Камп. «Но мы надеемся, что они это сделают. Мы ожидаем, что электрические сигналы, которые проходят через сердечную мышцу, как волна, и скажут ей контракт, заставят новый патч заключить контракт с той же скоростью ».
Если эти проблемы можно преодолеть, Синьха считает, что они могут спасти не только жизни, но и доллары.
В Великобритании процедуры трансплантации сердца составляют около 500 000 фунтов стерлингов (690 000 долларов США), включая стационарную помощь. Но для тысяч пациентов с сердечной недостаточностью, которые не могут получить трансплантацию, финансовые последствия непрерывного медицинского обслуживания и повторные госпитализации могут быть еще большими. Напротив, в текущих оценках потенциальная стоимость лечения сердечных сокращений составляет около 70 000 фунтов стерлингов (96 000 долл. США).
Кроме того, поскольку пластыри производятся с использованием собственной крови, пациенты, проходящие процедуру, не должны будут испытывать некоторые осложнения, связанные с пересадками сердца - например, высокие дозы иммунодепрессантов. «Поврежденное сердце - это сильно воспаленная, враждебная среда, которая может быть сложной для того, чтобы новая ткань выжила», - говорит Камп. «Преимущество этих сердечных патчей заключается в том, что они персонализированы для пациента, поэтому сердце вряд ли отвергнет их».
Исследователи говорят, что технология может изменить жизнь миллионов людей во всем мире.
«Сердечная недостаточность может в значительной степени вывести из строя людей, - говорит Синьха. «Ты постоянно измучен, ты даже не можешь подняться по лестнице. Но в первый раз мы думаем, что мы действительно можем воссоздать настоящую живую сердечную ткань, которая идентична таковой у пациента, где клетки разговаривают друг с другом по-загадочным и прекрасным образом и работают вместе так же, как в тело.
«Если мы сможем точно настроить его в ближайшие несколько лет и убедиться, что это абсолютно безопасно, тогда это может помочь этим людям снова жить нормальной жизнью».
Ставте "лайк" если Вам понравилась статья.