Биоискусственное сердце
Биоискусственное сердце — это искусственно созданное сердце , содержащее внеклеточную структуру децеллюляризированного . сердца и клеточные компоненты из другого источника Такие сердца представляют особый интерес для терапии, а также для исследования болезней сердца . Первые биоискусственные сердца были созданы в 2008 году с использованием сердец трупных крыс. [1] [2] [3] В 2014 году были созданы биоискусственные свиные сердца размером с человека. [4] Биоискусственные сердца еще не разработаны для клинического использования, хотя рецеллюляризация свиных сердец человеческими клетками открывает двери для ксенотрансплантации . [4] [5]
Фон
[ редактировать ]Сердечная недостаточность является одной из ведущих причин смертности. По оценкам, в 2013 году 17,3 миллиона смертей в год из 54 миллионов смертей были вызваны сердечно-сосудистыми заболеваниями, а это означает, что 31,5% всех смертей в мире были вызваны ими. [6] Зачастую единственным эффективным методом лечения терминальной сердечной недостаточности является трансплантация органов. [5] В настоящее время поставок органов недостаточно для удовлетворения спроса, что представляет собой серьезное ограничение в плане лечения на конечной стадии. [2] [5] Теоретической альтернативой традиционным процессам трансплантации является создание персонализированных биоискусственных сердец. Исследователи добились многих успешных достижений в области инженерии сердечно-сосудистой ткани и рассматривают возможность использования децеллюляризированных и рецеллюляризированных трупных сердец для создания функционального органа. [5] Децеллюляризация-рецеллюляризация предполагает использование трупного сердца, удаление клеточного содержимого при сохранении белкового матрикса ( децеллюляризация ) и последующее содействие росту соответствующей сердечно-сосудистой ткани внутри оставшегося матрикса (рецеллюляризация). [5]
За последние годы исследователи идентифицировали популяции сердечных стволовых клеток, которые находятся в сердце взрослого человека. Это открытие породило идею регенерации клеток сердца путем взятия стволовых клеток внутри сердца и перепрограммирования их в сердечные ткани. [7] Важность этих стволовых клеток заключается в самообновлении, способности дифференцироваться в кардиомиоциты , эндотелиальные клетки и клетки гладких мышц сосудов, а также в клоногенности. Эти стволовые клетки способны стать миоцитами , которые предназначены для стабилизации топографии межклеточных компонентов, а также помогают контролировать размер и форму сердца, а также сосудистыми клетками, которые служат клеточным резервуаром для обмена и поддержание мезенхимальных тканей. [7] Однако исследования in vivo показали, что регенеративная способность имплантированных сердечных стволовых клеток заключается в ассоциированном иммунном ответе, опосредованном макрофагами, и сопутствующем заживлении ран, опосредованном фибробластами, а не в их функциональности, поскольку эти эффекты наблюдались как для живых, так и для мертвых стволовых клеток. . [8]
Методология
[ редактировать ]Предпочтительным методом удаления всех клеточных компонентов из сердца является перфузионная децеллюляризация. Этот метод включает в себя перфузию сердца детергентами, такими как SDS и Triton X-100, растворенными в дистиллированной воде . [1]
Оставшийся ЕСМ состоит из структурных элементов, таких как коллаген, ламинин, эластин и фибронектин. Каркас ЕСМ способствует правильной клеточной пролиферации и дифференцировке, развитию сосудов, а также обеспечивает механическую поддержку клеточного роста. [5] Поскольку после процесса децеллюляризации остается минимальный материал ДНК, сконструированный орган биосовместим с реципиентом трансплантата, независимо от вида. В отличие от традиционных вариантов трансплантации, рецеллюляризированные сердца менее иммуногенны и имеют меньший риск отторжения. [2] [9]
После стерилизации децеллюляризованного сердца для удаления любых патогенов может произойти процесс рецеллюляризации. [2] Мультипотентные сердечно-сосудистые предшественники затем добавляются к децеллюляризированному сердцу и с помощью дополнительных экзогенных факторов роста стимулируются к дифференцировке в кардиомиоциты, гладкомышечные клетки и эндотелиальные клетки. [10]
Рецеллюляризированная функциональность сердца
[ редактировать ]Наиболее многообещающие результаты получены на рецеллюляризированных сердцах крыс. Всего через 8 дней созревания модели сердца стимулировали электрическим сигналом для обеспечения кардиостимуляции. Модели сердца показали единое сокращение с силой, эквивалентной ~2% от силы сердца нормальной крысы или ~25% от силы сердца 16-недельного человека. [1] [5]
Несмотря на то, что технология создания биоискусственного сердца еще далека от использования в клинических условиях, были достигнуты большие успехи. [2] [5] [10] Использование процессов децеллюляризации и рецеллюляризации привело к созданию трехмерной матрицы, которая способствует росту клеток; повторная популяция матрицы, содержащей соответствующий клеточный состав; и биоинженерия органов, демонстрирующих функциональность (ограниченную) и реакцию на раздражители. [2] [5] Эта область показывает огромные перспективы, и будущие исследования могут по-новому взглянуть на лечение терминальной сердечной недостаточности.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Отт, Харальд С; Маттисен, Томас С; Го, Сайк-Киа; Блэк, Лорен Д.; Крен, Стефан М; Нетофф, Теоден I; Тейлор, Дорис А. (13 января 2008 г.). «Перфузионно-децеллюляризованная матрица: использование природной платформы для создания биоискусственного сердца». Природная медицина . 14 (2): 213–221. дои : 10.1038/nm1684 . ПМИД 18193059 . S2CID 12765933 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Сонг, Джереми Дж.; Отт, Харальд К. (август 2011 г.). «Органная инженерия на основе каркасов децеллюляризованного матрикса». Тенденции молекулярной медицины . 17 (8): 424–432. doi : 10.1016/j.molmed.2011.03.005 . ПМИД 21514224 .
- ^ Хайфилд, Роджер (13 января 2008 г.). «Первое биоискусственное сердце может сигнализировать об окончании дефицита органов» . Телеграф . Проверено 10 февраля 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Вейманн, Александр; Патил, Нихил Пракаш; Сабашников Антон; Юнгеблут, Филипп; Коркмаз, Севиль; Ли, Шилян; Верес, Габор; Сус, Пал; Ишток, Роланд; Чаимов, Николь; Петцольд, Инес; Черни, Натали; Шис, Карстен; Шмак, Бастиан; Попов, Арон-Фредерик; Саймон, Андре Рюдигер; Карк, Матиас; Сабо, Габор; Бенедетто, Умберто (3 ноября 2014 г.). «Биоискусственное сердце: модель свиньи размером с человека – путь вперед» . ПЛОС ОДИН . 9 (11): e111591. Бибкод : 2014PLoSO...9k1591W . дои : 10.1371/journal.pone.0111591 . ПМК 4218780 . ПМИД 25365554 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Гальвез-Монтон, Каролина; Прат-Видаль, Кристина; Рура, Сантьяго; Солер-Ботия, Каролина; Байес-Генис, Энтони (май 2013 г.). «Инженерия сердечной ткани и биоискусственное сердце». Испанский журнал кардиологии (английское издание) . 66 (5): 391–399. дои : 10.1016/j.rec.2012.11.012 . ПМИД 24775822 .
- ^ Мозаффарян, Дариуш; и др. (2015). «Статистика болезней сердца и инсульта — обновленная информация за 2015 год» . Тираж . 131 (4): е29-322. doi : 10.1161/cir.0000000000000152 . ПМИД 25520374 . S2CID 30224225 .
- ^ Перейти обратно: а б Шамуло, С.А.Дж. Врейсен, К.Р. Рокош, Д.Г. Тан, С.Л. Пик, Дж.Дж. Болли, Р. (май 2009 г.). «Клеточная терапия ишемической болезни сердца: внимание к роли резидентных сердечных стволовых клеток» . Нидерландский журнал сердца . 17 (5). Бон Стафлеу ван Логум: 199–207. дои : 10.1007/BF03086247 . OCLC 678293987 . ПМК 2688018 . ПМИД 19484156 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Ваньоцци, Рональд Дж.; Майлет, Марджори; Сарджент, Мишель А.; Халил, Хади; Йохансен, Энн Кэтрин З.; Шванекамп, Дженнифер А.; Йорк, Аллен Дж.; Хуанг, Винсент; Нарендорф, Матиас; Садаяппан, Шактивел; Молкентин, Джеффри Д. (16 января 2020 г.). «Острый иммунный ответ лежит в основе пользы терапии сердечными стволовыми клетками» . Природа 577 (7790): 405–409. дои : 10.1038/ s41586-019-1802-2 ПМК 6962570 . ПМИД 31775156 .
- ^ Трафаген, С; Йелик, ПК (сентябрь 2009 г.). «Возвращая естественную красоту: инженерия всего органа с использованием натуральных внеклеточных материалов» . Регенеративная медицина . 4 (5): 747–58. дои : 10.2217/rme.09.38 . ПМК 3021746 . ПМИД 19761399 .
- ^ Перейти обратно: а б Лафламм, Майкл А; Марри, Чарльз Э. (июль 2005 г.). «Восстановление сердца». Природная биотехнология . 23 (7): 845–856. дои : 10.1038/nbt1117 . ПМИД 16003373 . S2CID 8265954 .