«Сердце в пробирке» поможет тестировать лекарства

28 ноября, 2018 Кардиология  Нет комментариев

Тест с высокой точностью определит, обладает ли лекарство побочным действием в виде тахиаритмии — наиболее опасного вида аритмии сердца. Систему создали ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Института цитологии и генетики СО РАН, сообщает пресс-служба МФТИ. С ее помощью можно будет быстро и дешево оценивать безопасность лекарств для жизни человека. Результаты опубликованы в журнале Toxicological Sciences.

«При имеющихся клеточных образцах наш метод позволит провести тестирование за один-два дня, планов производства теста для медицинских учреждений у нас пока нет», — рассказал «Стимулу» Константин Агладзе, первый автор и заведующий лабораторией биофизики возбудимых систем МФТИ, в которой проводились исследования.

Сердце человека и животных — уникальный орган, чьи клетки могут одновременно спонтанно вырабатывать электрические импульсы и сокращаться, не требуя для этого постоянного потока «команд» из спинного или головного мозга. Импульсы тока вырабатывают так называемые клетки-водители, а кардиомиоциты, мускульные клетки, используют их для воспроизведения сокращений и расслабления в нужные моменты времени.

Константин Агладзе и его коллеги уже несколько лет изучают нарушения, возникающие в работе сердца из-за сбоев в работе этих клеток и контактов между ними, сообщает РИА «Новости». Это, как надеются ученые, в конечном счете поможет медикам предсказывать наступление аритмии и других проблем с работой сердечной мышцы и предотвращать их. Недавно его команда создала своеобразное «сердце Франкенштейна», заставив клетки сердечной ткани, извлеченные из тела двух разных видов животных, соединиться и биться в унисон.

Используя результаты этих опытов, недавно ученые создали первую компьютерную модель сердечной ткани, которая, как показали их наблюдения, точно воспроизводит все электрические и механические процессы, которые происходят внутри бьющегося сердца.

Успешный «запуск» виртуального сердца заставил Агладзе и его команду задуматься о создании его аналога в реальном мире, используя перепрограммированные стволовые клетки, превращенные в различные компоненты сердечной мышцы, в том числе «генераторы» электрических импульсов.

В норме биение сердца задается так называемым синусовым ритмом. Pacemaker, или водитель ритма, запускает волну в верхней части сердца. Она заставляет сокращаться сначала предсердие, затем желудочки — так сердце перекачивает кровь. Некоторые химические вещества могут привести к возникновению паразитного источника возбуждения, который будет запускать волну из другой точки сердца. Такие источники имеют тенденцию размножаться, что приводит к асинхронному сокращению сердечных волокон. Происходит фибрилляция, которая диагностируется как остановка сердца. На самом деле все трепещет и работает на пределе, но кровь не качается. Поэтому медикаменты проверяются на аритмогенность. Сначала на клетках животных, затем наступает очередь тестирования на людях. Однако различия между животными клетками и человеческими слишком велики, поэтому клинические испытания могут открыть неожиданные побочные эффекты.

Ученые предложили систему, которая позволяет тестировать препараты на сердечных клетках человека — кардиомиоцитах. При этом строительным материалом лоскута сердечной ткани стали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) — это клетки, которые могут выполнять роль стволовых, а получаются они путем генетических манипуляций из обычных клеток организма — достаточно взять за основу соскоб или порядка десяти миллилитров крови.

«Из ИПСК можно получить клетки любой ткани. Но мы производим сердечные, так как они важны для нашего теста. Его минимальная применимость — получение клеток здорового человека и использование их как материала для тестирования фармпрепаратов. А максимальная — составление паспорта чувствительности конкретного человека к разным лекарствам, в данном случае — для сердца. То есть в перспективе методика станет инструментом персонализированной медицины», — рассказал Константин Агладзе.

Полученные сердечные клетки выстилаются на подложку в двумерный слой. Поскольку они способны размножаться самостоятельно, ученым не сложно произвести достаточное для исследования количество в течение нескольких дней. Когда тестовый материал готов, в нем делается надрез, и с помощью электрических импульсов запускается волна возбуждения. Когда она пытается обойти препятствие, возникает вращающаяся спиральная волна. Это и вызывает ускоренное биение сердца. Увидеть и зафиксировать весь процесс помогают флуоресценция и высокочувствительная скоростная видеокамера. Если добавление тестируемого вещества на сердечную ткань становится причиной возникновения множества спиральных волн, то это указывает на побочное действие в виде аритмии сердца.

Полученные результаты значительно увеличивают точность токсикологической экспертизы лекарств. К тому же полностью отпадает необходимость проведения подобных тестов на животных. Теперь ученые задумываются о способах усовершенствовать тест. Например, многослойный образец позволит делать высокопроизводительный скрининг и проверять несколько десятков химических веществ одновременно. Однако такая методика требует дополнительных исследований.

Читайте также