Гидрогель, микроРНК и стволовые клетки: технологии будущего в борьбе с патологией сердца

Стимуляция деления кардиомиоцитов может уже в обозримом будущем улучшить восстановление сердечной функции после инфаркта миокарда.

2017-11-30 12:30:00

Сердце, повреждение, репарация, регенерация
Изображение: Ten Eyewitness News

При инфаркте миокарда кровоснабжение сердечной мышцы становится недостаточным, из-за чего происходит гибель части кардиомиоцитов. Восстановление сердечной мышцы после такой травмы происходит не за счет образования новых клеток, а за счет увеличения уже имеющихся. Этот механизм не позволяет полностью скомпенсировать гибель значительного числа клеток, и инфаркты большого объема приводят к необратимым нарушениям функции сердца, ухудшающим дальнейший прогноз.

Решить эту проблему попытались ученые из Пенсильванского университета. Они разработали и испытали специальный гель, который при взаимодействии с кардиомиоцитами активирует программу деления клеток. В теории, систематическое лечение по этой методике может привести к полному заращению дефекта новообразованной тканью. Статью, описывающую свою разработку и проведенные эксперименты, исследователи опубликовали в журнале Nature Biomedical Engineering.

Гель, наносимый в поврежденные области, переносит молекулы микроРНК. Они проникают в выжившие кардиомиоциты и стимулируют их деление. Хотя точный механизм этого процесса неизвестен, у мышей, проходивших такую терапию, значительно повышался уровень маркеров пролиферации кардиомиоцитов. Кроме того, при моделировании инфаркта миокарда у мышей, которым проводилась микроРНК-терапия, наблюдались значительные улучшения по сравнению с контрольной группой.

Форма доставки микроРНК в виде геля была выбрана не случайно. По словам ученых, микроРНК и другие биологические препараты обладают очень коротким периодом полувыведения. Это значит, что уже через непродолжительный промежуток времени концентрация молекул в крови снижается и оказывается недостаточной для эффективного терапевтического воздействия. Локальное нанесение геля позволяет создать и поддерживать высокую концентрацию микроРНК непосредственно в месте дефекта. Кроме того, поскольку эта методика стимулирует рост клеток, системное применение было бы связано со значительным риском образования опухолей. При использовании геля молекулы микроРНК не попадают в системный кровоток, что снижает риск новообразований.

Гели используются для доставки терапевтических агентов, стимулирующих регенерацию мышечной ткани сердца, и в других экспериментах. Например, в сентябре группа ученых из Китая, Австралии и США сообщила об успешном применении гидрогеля для доставки в пораженную область стволовых клеток. Пролиферация стволовых клеток способствовала укреплению пораженной мышечной стенки у мышей и свиней, на которых проводился опыт.

До начала клинических исследований лекарств на основе гидрогеля ученым все еще предстоит провести испытания на культурах кардиомиоцитов человека. Кроме того, пока что неотвеченными остаются многие важные вопросы: неизвестно, с какой скоростью происходит регенерация клеток, и через какой промежуток после повреждения микроРНК-терапия и терапия стволовыми клетками перестают быть эффективны.

Тем не менее, подобные методы представляют большой шаг вперед в области кардиологии и регенеративной медицины. «Мы просто включаем механизмы восстановления – и это может работать как в сердце, так, потенциально, и в других тканях», – подводит итог проведенной работы Джейсон Бердик (Jason Burdick), профессор биоинженерии Пенсильванского университета.