Как медузы вдохновили ученых на создание искусственного сердца

Все началось с аквариума. В аквариуме, куда Кит Паркер из Гарвардского университета пошел вместе со своей дочерью, плавали медузы, движения которых были очень похожи на работу сердца, перекачивающего кровь.

Наблюдение за этими медузами вдохновило ученого на создание искусственного сердца, подходящего не только для тестирования лекарств, но и для трансплантации. Паркер и его коллеги уже соорудили биоробота, для работы которого использовались кардиомиоциты крысы. Клетки сокращались и расслаблялись, благодаря чему робот был способен перекачивать воду. По сути это была упрощенная модель крысиного сердца, поясняет автор.

Паркер хотел бы, используя аналогичный подход, создать сердце, годящееся для пересадки человеку. Если для его выращивания будут использоваться клетки самого пациента, созданный орган не будет отторгаться, а пациентам не придется принимать в течение всей жизни иммуносупрессирующие препараты. Кроме того, стоимость такого сердца будет гораздо ниже, чем у современных искусственных сердец.

Паркер планирует действовать иначе, чем большинство ученых. Сегодня принято удалять клетки сердца из донорского органа и заселять сохранившийся каркас живыми клетками. Получаемые таким образом сердца работают, однако клетки сокращаются асинхронно и недостаточно активно и потому неспособны перекачивать всю кровь.

Паркер изучил, как расположены мышечные волокна в сердце человека, и попытался добиться того, чтобы и в искусственном сердце они располагались сходным образом. Именно это поможет клеткам работать сообща и сокращаться одновременно.  

Кроме того, исследователи предложили способ создания «сердца-на-чипе» с использованием трехмерной печати. Созданные таким образом органы для пересадки не годятся, но могут использоваться для изучения новых лекарственных препаратов. Эксперименты с использованием таким микросистем смогут стать альтернативой экспериментам на животных. Это поможет решить сразу две проблемы: оказаться от опытов на лабораторных животных, и получить более точные результаты испытаний.

Ученым впервые удалось напечатать «сердце-на-чипе» с интегрированными датчиками. Предложенная авторами технология создания искусственных органов может значительно упростить процесс тестирования лекарств – ученым удалось ускорить и удешевить процесс. Большинство подобных органов не содержат интегрированных датчиков – для того, чтобы наблюдать за их работой и анализировать получаемые данные, приходится использовать внешние подключаемые сенсоры.

Для печати исследователи использовали многокомпонентные полимерные «чернила», что и позволило им напечатать столь сложное устройство. В нем были сделаны ячейки, которые заполнялись клетками сердечной ткани, например, человеческими кардиомиоцитами. После этого «сердце-на-чипе» помещали в питательную среду для дальнейшего культивирования. Клетки образовывали ткань, по своим свойствам напоминающую сердечную мышцу – она действительно могла сокращаться и расслабляться. Авторы проверили, как влияют на эту ткань различные лекарственные средства, вводя препараты, стимулирующие или ингибирующие сердечные сокращения. 

Следите за NEWS.am Medicine на Facebook и Twitter