Регенерация сердца с помощью стволовых клеток: почему нерегулярное сердцебиение возникает после трансплантации
Исследователи наблюдали несколько электрических параметров, таких как частота биений. Узловидные клетки бьются немного быстрее, чем клетки рабочего типа. DV/dt действует как стартовое программное обеспечение. APD — это широта. Клетки SHOX2 + представляют собой узловые маркеры клеток. Тропонин Т (cTNT) является маркером таких кардиомиоцитов. Их обилие от одного (узловых) до девяти (рабочих). MLC2V — зрелая клетка рабочего типа. MLC2A можно обнаружить в узловых и незрелых клетках рабочего типа. MLC2A обнаруживается в основном in vitro, в незрелых клетках рабочего типа и узловых клетках. Кредит: © 2020, Springer Nature

Стволовые клетки тщательно изучаются во всем мире с надеждой на восстановление поврежденных частей тела, неспособных к самовосстановлению. Травмированные сердечные мышцы являются одной из тех областей, которые остаются пораженными у взрослых, перенесших сердечные приступы. Если сердечная ткань повреждена из-за ограничения кровотока во время сердечного приступа, варианты лечения отсутствуют, чтобы вернуть сердечную функцию к прежним возможностям.

Стволовые клетки многообещающи, потому что с их помощью можно создавать здоровые клетки, заменяющие больные. Никакие другие клетки не сдерживают этого обещания. Есть несколько проблем, которые необходимо решить, прежде чем лечение стволовыми клетками может быть реализовано клинически для регенерации сердца, и одно из основных препятствий — понять, почему нерегулярные, аномальные сердечные сокращения происходят через две-четыре недели после трансплантации клеток сердечной мышцы, полученных из iPS-клеток, в сердце. Сердцебиение стабилизируется само по себе через 12 недель, но исследователи решили выяснить, почему возникает аритмия.

Группа ученых под руководством Хадзимэ Ичимура из Университета Синшу подумала, что, возможно, причина этого явления была «в изменении свойств клеток после трансплантации». Для исследования команда подготовила клетки сердечной мышцы из iPS-клеток. Сердечные мышцы начинают формироваться через двадцать дней после начала совершенствования. На двадцатый день исследователи собрали клетки и заморозили их. Эксперимент проводился in vitro и in vivo. Они наблюдали за клетками на двух, четырех и двенадцатой неделе. Образцы, выращенные in vitro, представляли собой листовые или двухмерные образцы, также были приготовлены трехмерные образцы, чтобы они были ближе по форме к трансплантату in vivo.

Исследовательская группа также использовала размороженные клетки, выращенные в течение двадцати дней, во время экспериментов in vivo. Они пересадили клетки в сердца крыс, наблюдая за прогнозом через две, четыре недели и двенадцатую неделю. Эти эксперименты in vivo проводились на здоровом сердце и сердце с индуцированным инфарктом миокарда, более известным как сердечный приступ.

Автор-корреспондент профессор Юджи Шиба ранее работал над исследованием трансплантации сердца в статье «Аллогенная трансплантация кардиомиоцитов, полученных из iPS-клеток, регенерирует сердца приматов», опубликованной в 2016 году в Nature. Он заявляет, что «исследования стволовых клеток ведутся уже почти 20 лет, и только недавно ученые начали понимать механизмы клинически».

Регенерация сердца с помощью стволовых клеток: почему после трансплантации возникает нерегулярное сердцебиение
Клетки in vivo очень активны, поэтому они излучают много электричества и могут считаться причиной аритмии. Исследовательская группа изучала соотношение таких клеток через две недели, четыре недели и двенадцать недель. К сожалению, идеального маркера для узловых ячеек не существует. Они наблюдаются через HCN4 и TBX3, но они не идеальны, поэтому их нельзя назвать узловыми, но все три, HCN4, SHOX2 и TBX3, уменьшаются в численности на двенадцать недель. Кредит: © 2020, Springer Nature

Предыдущее исследование макак отметило аритмию между 2-й и 4-й неделями. Считалось, что аритмия возникает из-за активности пересаженных клеток. Аритмия во время сердечного приступа часто отмечается как «повторный вход» или когда электричество внутри сердца выходит из строя и петляет внутри сердца. Две предыдущие группы, которые изучали аритмию в сердцах трансплантированных клеток, думали, что это вызвано не повторным проникновением, а активностью трансплантированных клеток. Таким образом, эта команда решила найти причину, наблюдая за свойствами различных ячеек в зависимости от времени.

Они создали клетки кардиомиоцитов, полученные из эмбриональных стволовых клеток, и исследовали их электрические свойства. Существует два типа клеток сердечной мышцы, состоящих из iPS-клеток. «Рабочий тип», который, как следует из названия, сокращается и расслабляется, вызывая напряжение. Другой называется узловым, он действует как электрический кардиостимулятор.

После двенадцатой недели in vivo трансплантат начинает расти, но сразу после трансплантации он становится очень маленьким. На двенадцатой неделе небольшой трансплантат вырос и состоит в основном из клеток рабочего типа. К тому времени количество узловых клеток значительно уменьшилось. Исследователи полагают, что тогда аритмия уменьшается, потому что количество и активность узловых клеток уменьшились, что привело к снижению дополнительной электрической активности.

Так почему же количество узловых клеток уменьшается in vivo? Исследователи перепробовали множество экспериментов, но не смогли найти удовлетворительного объяснения. Одно из объяснений, которое они наконец нашли, заключалось в изучении доли пролиферирующих клеток до трансплантации, SHOX2 в изобилии. Глядя на процент положительных клеток KI-67 через две недели после трансплантации, было обнаружено, что узловые клетки не размножаются после трансплантации.

Регенерация сердца с помощью стволовых клеток: почему после трансплантации возникают нерегулярные сердечные сокращения
Клетки in vitro. Он отличается от клеток in vivo, количество которых уменьшается на двенадцать недель. In vitro SHOX2 увеличивается. TBX3 немного уменьшается. Было трудно понять почему, но среда клеток in vitro сильно отличается от клеток in vivo. Клетки in vitro двухмерны, расположены одна за другой, поэтому для получения клеток в среде, более близкой к in vivo, они культивировали клетки в трехмерном пространстве. Они обнаружили, что in vitro с 3D-культивированными клетками количество узловых клеток водителя ритма не изменилось. Итак, в заключение, in vivo (у крыс) количество узловых клеток уменьшается после трансплантации, но in vitro этого не происходит. Кредит: © 2020, Springer Nature

Группа подтвердила это на уровне РНК, изучив с помощью анализа PCAtools. Они изучили РНК сердца плода человека и РНК сердца взрослого человека. Они протестировали ткань трансплантата in vivo на крысах. In vitro образец увеличился. In vivo он также увеличился до более чем 1800, в то время как in vitro он увеличился на 15. KCNJ2 и MYL7 являются клеточными маркерами рабочего типа, количество которых увеличивается. Исследование экспрессии генов подтверждает другие исследования, согласно которым количество клеток рабочего типа значительно увеличивается после трансплантации.

Регенеративная медицина сердца изучается более 20 лет, и только сейчас начинаются клинические испытания и операции. На данный момент аритмия после трансплантации стволовых клеток является самым большим препятствием для регенеративной медицины сердца. Исследователи постепенно начинают понимать механизм. Если оставить ее сама по себе, аритмия проходит сама, появляясь только в течение второй-четвертой недели после трансплантации. Непонятно, почему это происходит и как разрешается. Это исследование помогает объяснить этот феномен.

«Это исследование стало возможным благодаря множеству людей, которые помогли мне преодолеть все препятствия в технике, в которой я не имел опыта», — говорит профессор Хадзиме Ичимура. «Перед достижением конечной цели клинического применения на людях необходимо пройти множество шагов, и есть другие препятствия, кроме аритмии».

Профессор Юджи Шиба думает: «Возможно, если бы врачи удаляли узловые клетки перед трансплантацией, во время будущей трансплантации трансплантатов сердечных клеток не возникало бы аритмии»./p>




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *