Сотрудники лаборатории экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ разработали состав, восстанавливающий электрическую проводимость пораженной сердечной ткани после инфаркта. Это поможет предотвратить появление аритмии, снизить смертность пациентов и ускорить их реабилитацию. Разработка доказала эффективность в экспериментах на культурах клеток крыс и человека, а также на животных моделях. Исследование опубликовано в журнале PLOS One.
Инфаркт миокарда — это острое состояние, при котором участок сердечной мышцы гибнет из-за прекращения кровоснабжения. Вместо здоровых кардиомиоцитов он оставляет плотную рубцовую ткань. Она состоит из клеток-фибробластов, которые не могут сокращаться и проводить электрические сигналы. Это нарушает слаженную работу сердца и ведет к появлению смертельно опасной аритмии.
Пересадка стволовых клеток в участок поврежденной ткани может решить эту проблему, но сопряжена с риском отторжения и образованием опухолей.
Ученые МФТИ разработали состав из четырех сигнальных молекул — CHIR99021, BMP4, Activin A и IWP2, который заставляет клетки рубцовой ткани преобразовываться в функциональные кардиомиоцитоподобные клетки, минуя опасную стадию стволовых. Внутри поврежденной зоны они создают «мостики», обеспечивающие электрическую проводимость.
«Мы сознательно отказались от идеи полного репрограммирования всех клеток рубца. Если доля проводящих клеток в непроводящей среде достигает примерно 20–30%, волны возбуждения начинают распространяться через всю ткань. Поэтому нам достаточно репрограммировать лишь этот процент клеток, чтобы получить новые проводящие пути», — рассказала Елена Турчанинова, автор статьи, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ.
Эффективность состава протестировали на трех типах клеток, включая человеческие фибробласты предсердий, полученные во время операций на сердце.
Оказалось, что от 56% до 83% репрограммированных клеток производят альфа-актинин — структурный белок, специфичный для сердечной мышцы. Внутри самих клеток ученые зафиксировали мощные натриевые токи силой до четырех тысяч пикоампер. Это говорит об их способности генерировать потенциалы действия — такие же, как у здоровых кардиомиоцитов.
В пилотных экспериментах на крысах с моделью инфаркта введение состава не вызвало токсических эффектов, а площадь зоны сердечной ткани, способной проводить электрический сигнал, увеличилась с 71% до 84%. Дополнительный анализ флуоресценции НАДН показал, что метаболизм в зоне рубца начал напоминать метаболизм здорового миокарда.
«Важное преимущество нашего состава — это минимальное количество активных компонентов. Так его намного легче изучить на предмет безопасности, у него предсказуемая фармакокинетика, его гораздо проще производить для будущего клинического применения. Более того, малое число компонентов открывает возможность для загрузки такого коктейля в “умные” биоразлагаемые каркасы, которые можно будет имплантировать непосредственно в поврежденную область сердца для постепенного высвобождения веществ, избегая воздействия на весь организм», — прокомментировала Валерия Цвелая, заведующая лабораторией экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ.
Такой подход в перспективе можно будет комбинировать с клеточной терапией, где репрограммированные фибробласты создадут «электрическую среду» для лучшей интеграции пересаженных здоровых клеток.
Следующий этап работы — переход от системного внутривенного введения, которое использовалось для тестирования безопасности, к локальной доставке с помощью имплантируемых каркасов. Ученым предстоит оценить, насколько устойчив полученный эффект, сохраняется ли проводящая сеть с течением времени, и как терапия влияет на функции сердца в целом.
