Исследователи из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук (IMBA) разработали наиболее реалистичные на сегодняшний день органоиды сердца. Крошечные структуры самоорганизуются из плюрипотентных стволовых клеток, образуя полую камеру, способную биться.
«Самоорганизация – это то, как природа заставляет снежинки кристаллов или птиц вести себя в стае. Это сложно спроектировать, потому что, похоже, плана нет, но все же получается что-то очень упорядоченное и надежное», – говорит Саша Менджан, руководитель лаборатории IMBA и сооснователь компании HeartBeat.bio AG. «Самоорганизация органов намного более динамична, и происходит многое, чего мы не понимаем. Мы думаем, что эта «скрытая магия» развития, о которой мы еще не знаем, является причиной того, что в настоящее время болезни моделируются не очень хорошо».
Ежегодно от сердечно-сосудистых заболеваний во всем мире умирают около 18 миллионов человек, а пороки сердца являются наиболее распространенными врожденными дефектами, встречающимися у детей. Однако до сих пор основным препятствием в понимании процесса возникновения сердечно-сосудистых заболеваний и разработке регенеративных методов лечения является отсутствие физиологических моделей сердца человека.
Сегодня для создания моделей сердца ученые используют так называемые органоиды. Традиционно они выращиваются на биоматериалах, которые служат для них основой. Но Менджан и его коллеги применили альтернативный подход, который исключает применение биоматериалов. Вместо этого они использовали активацию сигнальных путей, которые работают во время дифференцировки и развития клеток сердца из плюрипотентных стволовых клеток человека. На сегодня известно всего шесть сигнальных путей. В процессе выращивания «кардиоида» команда активировала их в определенной последовательности. Это стимулировало клетки к самоорганизации и превращению в полую камеру сердца с разными слоями, которая демонстрировала биение, точно так же, как развивающееся сердце.
«Дело не в том, что мы используем что-то иное, чем другие исследователи, мы просто используем все известные сигналы», – говорит Менджан. По его словам, другие исследователи не видели необходимости в активации этих сигнальных путей, но оказалось, что они просто необходимы для того, чтобы клетки могли самоорганизоваться в орган.
В начале 2021 года IMBA была создана дочерняя компания HeartBeat.bio, которая использует технологии выращивания первых в мире самоорганизующихся сердечных органоидов человека для разработки высокопроизводительной платформы 3D скрининга сердечных заболеваний. С помощью платформы HeartBeat.bio AG планирует открывать лекарства для лечения сердечной недостаточности и кардиомиопатий, а также исследовать кардиотоксичность новых кандидатов в лекарственные препараты.
«Мы твердо верим, что платформа для скрининга на основе кардиоидов может радикально изменить парадигму открытия сердечно-сосудистых лекарств, что приведет к более высоким показателям успешности клинических испытаний и сокращению затрат и времени на разработку соединений», – заявил Майкл Кребс, генеральный директор HeartBeat.bio.