Многие низшие формы жизни на Земле демонстрируют необычайную способность регенерировать ткани, конечности и даже органы – навык, который у людей и других млекопитающих теряется. Исследователь из Питтсбургского университета использовал компоненты клеточного "строительные леса" рыбок данио для регенерации тканей сердца у млекопитающих, в частности мышей, а также демонстрирует многообещающие результаты в клетках сердца человека in vitro.
Полученные данные обещают преодолеть сердечные заболевания, ведущую причину смерти мужчин и женщин.
Исследование, проведенное под руководством Ядонга Ванга, профессора биоинженерии в Инженерной школе Свонсона и главного исследователя литейного цеха биоматериалов в Питте, Уильяма Кеплера Уайтфорда, показало, что одноклеточное введение внеклеточных матриц (ЕСМ) из сердец рыбок данио восстанавливает функцию сердце и регенерированные ткани сердца взрослых мышей после острого инфаркта миокарда.
"Сердце бьется как ни в чем не бывало," сказал Ван. "И наш подход действительно прост."
Исследование также показало, что ECM рыбок данио защищает сердечные миоциты человека – специализированные клетки, образующие сердечную мышцу – от стрессов.
ECM – архитектурные основы тканей и органов; они не только обеспечивают "строительные леса" на которых клетки могут расти и мигрировать, они помогают в передаче сигналов, необходимых для развития, роста или регенерации органа.
У млекопитающих сердце быстро теряет способность к регенерации после рождения организма, за исключением короткого периода после рождения. У низших животных, таких как рыбки данио, сердце сохраняет эту способность на протяжении всей жизни: до 20 процентов сердца рыбок данио может быть повреждено или удалено, и в течение нескольких дней способность сердца полностью восстанавливается.
Ван и его команда сначала отделили ECM от клеток, чтобы сердце-реципиент не отвергало лечение. Они сделали это, заморозив сердечную ткань рыбок данио, что привело к разрыву клеточных мембран и позволило исследователям извлечь ECM, процесс, называемый децеллюляризацией. Ван отметил, что он и его коллеги были одними из первых, кто децеллюляризовал ткани не млекопитающих для применения в регенеративной медицине. Затем они вводили ЕСМ в сердца мышей с поврежденными сердечными мышцами и наблюдали, как сердца восстанавливаются сами.
"Инородные клетки трудно ввести в тело, потому что организм распознает их как чужеродные и отвергает; это не относится к ECM," сказал Ван. Ван объяснил, что, поскольку ECM состоят из коллагена, эластина, углеводов и сигнальных молекул и не имеют маркеров клеточной поверхности, ДНК или РНК от донора, реципиент с меньшей вероятностью откажется от лечения.
Ван сказал, что восстановление функции начинается практически сразу, а заживление заметно уже через пять дней после лечения; в течение недели его команда смогла увидеть, как сердце бьется сильнее, чем сердца нелеченных животных.
Исследователи проверили эффективность ECM у здоровых рыбок данио и у рыбок данио с поврежденным сердцем, у которых ECM уже начал процесс заживления. Они обнаружили, что, хотя оба типа ECM были эффективны в восстановлении повреждений сердец мышей, ECM, полученные из исцеляющихся сердец рыбок данио, были еще более эффективны в восстановлении функции сердца у мышей.
Ван сейчас работает над процессом регенерации нервов у млекопитающих, используя тот же процесс, и надеется распространить лечение сердца на более крупных животных в будущем исследовании.