Децеллюляризованное сердце

На фото изображено сердце свиньи, прошедшее децеллюляризацию — очистку органа от всех клеток, в результате которой остается пустой «каркас» из внеклеточного матрикса, полностью сохраняющий свою структуру. В конце процесса очистки внеклеточный матрикс состоит в основном из фибриллярных белков, таких как коллаген и фибрин, а также из ламинина и протеогликанов. Этот метод — новое слово в регенеративной медицине и трансплантологии.

Важная проблема при трансплантации — поиск подходящего донора. Чтобы обойти эту проблему, ученые разрабатывают методы получения цельных органов в лаборатории, например 3D-печать или выращивание с помощью стволовых клеток. Благодаря методу децеллюляризации можно не создавать новый орган, а достаточно всего лишь очистить уже имеющийся. В основу этого метода лег тот факт, что при пересадке органа основную антигенную нагрузку несет его клеточный аппарат. При попадании антигенов донора в организм реципиента часто возникает ответная реакция иммунной системы и, как следствие, отторжение пересаженного органа. Таким образом, децеллюляризация позволяет получать неиммуногенные органы.

Работы по получению децеллюляризованного внеклеточного матрикса проводятся с 1970-х годов, однако исследования продвигались очень медленно, и только к концу XX века удалось провести децеллюляризацию таких простых органов, как кожа и мочевой пузырь, а также кровеносных сосудов и клапанов сердца. В 2008 году американские ученые смогли получить цельные «бесклеточные» сердца крыс, что стало прорывом в области тканевой инженерии и началом новой эпохи в области децеллюляризации органов. В настоящее время успешно проводят децеллюляризацию и других органов, например печени и почек.

Децеллюляризация сердца крысы (а–с). Ao — аорта, LA — левое предсердие, LV — левый желудочек, RA — правое предсердие, RV — правый желудочек. Видно, как сердце становится все более прозрачным по мере исчезновения клеток. d–f — окрашенные срезы левого желудочка на разных стадиях децеллюляризации, звездочками отмечены просветы кровеносных сосудов. Длина масштабного отрезка — 200 мкм. На срезах d, e видны ядра клеток и миофибриллы; на срезе f клеток уже нет. Изображение из статьи H. C. Ott et al., 2008. Perfusion-decellularized matrix: using nature’s platform to engineer a bioartificial heart

Для создания бесклеточного матрикса нужно разрушить клеточные мембраны и нуклеиновые кислоты. Это происходит в несколько этапов и проводится разными методами или их комбинацией: физическими (термический или осмотический шок, механическое воздействие), химическими (использование различных детергентов), ферментативными (используются липазы, нуклеазы, трипсин и другие ферменты).

Хотя орган очищается от всех клеток, децеллюризованный матрикс содержит белки и факторы роста, необходимые для первичной адгезии, клеточной дифференцировки и пролиферации стволовых клеток реципиента. Чтобы трансплантировать орган, его надо заново рецеллюляризовать, для чего ученые заполняют каркас плюрипотентными стволовыми клетками, которые дифференцируются в клетки необходимого органа. В итоге получается полноценный орган, который можно пересадить без риска отторжения! Рецеллюляризация проводится в биореакторе, имитирующем физиологичные для органа условия. Получившийся орган содержит неповрежденную сосудистую сеть, с помощью которой можно заново «подключить» орган к кровоснабжению.

Этапы создания биоискусственного сердца с помощью перфузии, введения веществ через сосудистую сеть. А, Б — децеллюляризация, B, Г — рецеллюляризация: В — заполнение каркаса клетками эндотелия, они в организме выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов и полостей сердца, Г — заселение клетками сердца (неонатальными кардиомиоцитами), Д — функциональное сердце. Рисунок из статьи C. Gálvez-Montón et al., 2013. Cardiac tissue engineering and the bioartificial heart, с изменениями

К сожалению, эксперименты по трансплантации рецеллюляризованных органов пока находятся на этапе лабораторных исследований и проводятся только на животных, но учитывая, что наука в этой области движется семимильными шагами, будущее с применением децеллюляризованных матриксов не за горами.

Фото с сайта ideas.ted.com.

Анна Сычёва