Восстановление клеток миокарда, способных генерировать сердечный ритм

В новом исследовании, опубликованном в iScience, ученые из отдела фармацевтических наук Хьюстонского университета сообщили о методике, которая способствует перепрограммированию клеток сердечной мышцы (кардиомиоцитов) человека в клетки Пуркинье, обеспечивающие проведение электрических сигналов по всему сердцу.

Согласно данным, представленным в исследовании, новый метод может восстановить электрическую проводимость по миокарду и улучшить функцию сердца. Имплантация специализированных клеток Пуркинье в сердце при патологии вместо рабочих кардиомиоцитов позволит восстановить целостность ткани и ритмичное сокращение миокарда. Исследование является новым шагом на пути поиска оптимальной клеточной терапии для восстановления сердца, а также может способствовать разработке новых лекарственных препаратов для лечения сердечных патологий.

Пациенту с сердечной недостаточностью могут назначить ингибиторы АПФ (ангиотензинпревращающего фермента), ФДЭ (фосфодиэстеразы) или же бета-блокаторы — такие как карведилол или метопролол. К сожалению, у большинства из этих препаратов имеются серьезные побочные действия, и эффективны они оказываются лишь у некоторых пациентов. Более того, ни одно из этих лекарств не предотвращает гибель кардиомиоцитов и образование рубцовой ткани, что в большинстве случаев и является причиной развития сердечной недостаточности. Фактически единственным методом лечения терминальной стадии сердечной недостаточности является трансплантация сердца — операция, сопряженная с высоким риском, дороговизной и в большинстве случаев нецелесообразная.

Регенеративная медицина может предложить способ лечения сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). Однако регенерация пораженной сердечной ткани путем прямой имплантации кардиомиоцитов не является идеальным решением.

Как поясняет первый из соавторов исследования, Брэдли МакКоннелл, PhD, профессор фармакологии Хьюстонского университета, это связано с тем, что электрическая активация имплантируемых кардиомиоцитов не может происходить синхронно с сердцем реципиента, и они будут сокращаться с иной скоростью, нежели остальная часть сердечной ткани, что приведет к аритмиям.

Вместо этого лучшим вариантом стала бы имплантация клеток, которые способны к синхронным сокращениям и расслаблениям с каждым ударом сердца по мере того, как импульс начинается от пейсмекерных клеток и распространяется далее — по рабочим клеткам миокарда. Клетками, обладающими такими характеристиками, являются клетки Пуркинье — элементы, входящие в состав проводящей системы сердца (ПСС).
 

Исследователи применили коктейль, состоящий из т.н. малых молекул, для воздействия на кардиомиоциты, чтобы заставить их дифференцироваться в миокардиальные клетки Пуркинье.

Как заявляют МакКоннелл и Николь Продан, аспирант в лаборатории Макконнела, авторам удалось первыми продемонстрировать успешное прямое перепрограммирование клеточных линий кардиомиоцитов человека (AC16-CM и iPSC-CM) в клетки, подобные клеткам Пуркинье, применив уникальный коктейль из малых молекул. «Прямое перепрограммирование — это метод, который создает эпигенетически нестабильное пластичное состояние, облегчающее преобразование полностью дифференцированной и зрелой клетки в клетки нового типа».

Продан поясняет, что обработка кардиомиоцитов человека набором малых молекул приводит к дифференцировке клеток Пуркинье, результатом чего становится экспрессия ключевых генов этих клеток и проведение быстрых электрических сигналов, вполне сравнимых с таковыми у клеток Пуркинье в нативной сердечной ткани.

Исследователи показали, что методика дифференцировки позволила создать клеток Пуркинье, которые оказались генетически и функционально подобны соответствующим нативным проводящим клеткам миокарда. Клетки, выращенные в культуре, экспрессировали ключевые гены клеток Пуркинье, такие как CNTN2, ETV1, PCP4, IRX3, SCN5a и HCN2, и оказались способны проводить электрические сигналы с повышенной скоростью.

В ходе этого исследования команда МакКоннелла сотрудничала с Робертом Шварцем, PhD, и Прити Гунаратне, PhD, профессорами биологии и биохимии Хьюстонского университета.

В США каждые 36 секунд от сердечно-сосудистых заболеваний умирает один человек. Ожидается, что к 2035 году пораженность сердечно-сосудистыми заболеваниями составит около 130 миллионов человек. В настоящее время не существует методов лечения, предотвращающих гибель сердечных клеток, служащую основой сердечно-сосудистых заболеваний.