Биоискусственное сердце - Bioartificial heart

А биоискусственное сердце спроектированный сердце который содержит внеклеточная структура из децеллюляризованный сердце и клеточные компоненты из другого источника. Такие сердца представляют особый интерес для терапии, а также для исследования сердечное заболевание. Первые биоискусственные сердца были созданы в 2008 году из 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 свиного сердца человеческими клетками открывает двери для ксенотрансплантация.[4][5]

Фон

Сердечная недостаточность - одна из основных причин смерти. По оценкам, в 2013 году 17,3 миллиона смертей в год из 54 миллионов смертей были вызваны сердечно-сосудистыми заболеваниями, что означает, что 31,5% от общего числа смертей в мире были вызваны ими.[6] Часто единственным эффективным методом лечения терминальной сердечной недостаточности является трансплантация органов.[5] В настоящее время предложения органов недостаточно для удовлетворения спроса, что является большим ограничением для плана лечения на последней стадии.[2][5] Теоретической альтернативой традиционным процессам трансплантации является создание персонализированных биоискусственных сердец. Исследователи добились многих успешных достижений в разработке сердечно-сосудистой ткани и стремились использовать децеллюляризованные и рецеллюляризованные трупные сердца для создания функционального органа.[5] Децеллюляризация-рецеллюляризация включает использование трупного сердца, удаление клеточного содержимого при сохранении белковой матрицы (децеллюляризация ), что впоследствии способствует росту соответствующей сердечно-сосудистой ткани внутри оставшейся матрицы (рецеллюляризация).[5]

За последние годы исследователи обнаружили сердечные стволовые клетки, которые находились в самом сердце. Это открытие породило идею регенерации сердечных клеток путем переноса стволовых клеток внутрь сердца и их перепрограммирования в сердечные ткани.[7] Важность этих стволовых клеток заключается в следующем: самообновление, способность дифференцироваться в кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и клетки гладких мышц сосудов, а также клоногенность. Эти стволовые клетки способны становиться миоциты, которые предназначены для стабилизации топографии межклеточных компонентов, а также для контроля размера и формы сердца, а также сосудистых клеток, которые служат резервуаром клеток для обновления и поддержания мезенхимальных тканей.[7] Эбриотические стволовые клетки показано, что они способны превращаться в другие типы клеток, однако в клинических исследованиях это еще не использовалось для регенерации миокарда, чтобы избежать возможности образования тератома. на данный момент аутологичные клетки, такие как костный мозг, чаще всего используются в клинических испытаниях, чтобы избежать отторжения тканей.

Методология

Основная статья: Децеллюляризация

Предпочтительным методом удаления всех клеточных компонентов из сердца является перфузионная децеллюляризация. Этот метод предполагает перфузию сердца SDS, дистиллированная вода и Тритон Х-100.[1]

Оставшийся ECM состоит из структурных элементов, таких как коллаген, ламинин, эластин и фибронектин. Каркас ECM способствует правильной клеточной пролиферации и дифференцировке, развитию сосудов, а также обеспечивает механическую поддержку клеточного роста.[5] Поскольку после процесса децеллюляризации остается минимальное количество ДНК-материала, сконструированный орган является биосовместимым с реципиентом трансплантата, независимо от вида. В отличие от традиционных вариантов трансплантации, рецеллюляризованные сердца менее иммуногенны и имеют меньший риск отторжения.[2][8]

После того, как децеллюляризованное сердце будет стерилизовано для удаления любых патогенов, может начаться процесс рецеллюляризации.[2] Затем эти МСР добавляются к децеллюляризованному сердцу и с дополнительными экзогенными факторами роста стимулируются к дифференцировке в кардиомиоциты, гладкомышечные клетки и эндотелиальные клетки.[9]

Функциональность рецеллюляризованного сердца

Наиболее многообещающие результаты дают рецеллюляризованные сердца крысы. Спустя всего 8 дней созревания модели сердца стимулировали электрическим сигналом для стимуляции. Модели сердца показали единое сокращение с силой, эквивалентной ~ 2% от нормального сердца крысы или ~ 25% от 16-недельного человеческого сердца.[1][5]

Хотя этот метод далек от использования в клинических условиях, в области создания биоискусственного сердца были достигнуты большие успехи.[2][5][9] Использование процессов децеллюляризации и рецеллюляризации привело к производству трехмерной матрицы, которая способствует росту клеток; повторное заселение матрицы, содержащей соответствующий состав клеток; и биоинженерия органов, демонстрирующих функциональность (ограниченную) и отзывчивость на раздражители.[2][5] Эта область является очень многообещающей, и в ходе будущих исследований она может пересмотреть определение лечения сердечной недостаточности в терминальной стадии.

Рекомендации

  1. ^ а б c Отт, Харальд К.; Matthiesen, Thomas S; Гох, Сайк-Киа; Блэк, Лорен Д; Крен, Стефан М; Нетофф, Теоден I; Тейлор, Дорис А. (13 января 2008 г.). «Перфузионно-децеллюляризованная матрица: использование платформы природы для создания биоискусственного сердца». Природа Медицина. 14 (2): 213–221. Дои:10,1038 / нм 1684. PMID  18193059.
  2. ^ а б c d е ж Песня, Джереми Дж .; Отт, Харальд К. (август 2011 г.). «Органная инженерия на основе децеллюляризованных матричных каркасов». Тенденции в молекулярной медицине. 17 (8): 424–432. Дои:10.1016 / j.molmed.2011.03.005. PMID  21514224.
  3. ^ Хайфилд, Роджер (13 января 2008 г.). «Первое биоискусственное сердце может сигнализировать об окончании нехватки органов». Телеграф. Получено 10 февраля, 2016.
  4. ^ а б Вейманн, Александр; Патил, Нихил Пракаш; Сабашников, Антон; Юнгеблут, Филипп; Коркмаз, Севиль; Ли, Шилян; Верес, Габор; Сус, Пал; Ишток, Роланд; Чаймов, 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». PLoS ONE. 9 (11): e111591. Дои:10.1371 / journal.pone.0111591. ЧВК  4218780. PMID  25365554.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я Гальвес-Монтон, Каролина; Прат-Видаль, Кристина; Рура, Сантьяго; Солер-Ботия, Каролина; Байес-Генис, Антони (май 2013 г.). «Инженерия сердечной ткани и биоискусственное сердце». Revista Española de Cardiología (английское издание). 66 (5): 391–399. Дои:10.1016 / j.rec.2012.11.012.
  6. ^ «Статистика сердечных заболеваний и инсультов - обновление 2015 г.». www.ahajournals.org. Дои:10.1161 / cir.0000000000000152. Получено 2020-03-23.
  7. ^ а б Шамуло, С.А.Дж. Врийсен, К. Рокош, Д. Тан, X.L. Piek, J.J. Болли, Р. (май 2009 г.). Клеточная терапия ишемической болезни сердца: внимание к роли резидентных сердечных стволовых клеток. Bohn Stafleu van Loghum. OCLC  678293987.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ Traphagen, S; Елик, ПК (сентябрь 2009 г.). «Восстановление естественной красоты: инженерия всего органа с использованием природных внеклеточных материалов». Регенеративная медицина. 4 (5): 747–58. Дои:10.2217 / rme.09.38. ЧВК  3021746. PMID  19761399.
  9. ^ а б Лафламм, Майкл А.; Мерри, Чарльз Э (июль 2005 г.). «Возрождение сердца». Природа Биотехнологии. 23 (7): 845–856. Дои:10.1038 / nbt1117. PMID  16003373.