Вченим вперше вдалося виростити в культурі людське міні-серце. В органоїді сформувалися всі основні типи серцевих клітин, а також структури, схожі на коронарні судини і камери серця. Маленькі серця регулярно скорочувалися, а по будові, розвитку та експресії генів органоїди були схожі на справжні серця людського ембріона. Протокол створення таких сердець простий і відтворюємо, пишуть вчені в препринті на порталі bceRxiv.
Серцево-судинні захворювання - основна причина смертності у світі, а з вродженим пороком серця народжується близько одного відсотка дітей. Дослідження цих хвороб ускладнене через обмежений вибір модельних об'єктів: роботи проводять в основному на органах тварин або клітинних культурах, які за фізіологічними, анатомічними та біохімічними особливостями відрізняються від серця людини.
Зручним рішенням було б вирощування цілих штучних сердець зі стовбурових клітин - так створюють, наприклад, органоїди нирок або кишечника. В останні десятиліття біологи навчилися вирощувати зі стовбурових клітин різноманітні клітинні лінії і цілі тканини серця, проте поки нікому не вдавалося змоделювати в культурі розвиток цілих органоїдів, які анатомічно і гістологічно були б близькі до людського серця.
Вчені з США під керівництвом Айтора Агірре (Aitor Aguirre) з Університету штату Мічиган розробили протокол вирощування серцевих органоїдів. Людські плюрипотентні стовбурові клітини центрифугували так, що ті злипалися в шароподібні структури, а потім вирощували по черзі в середовищах з різними концентраціями активатора та інгібітора сигнального шляху Wnt.
До 15 дня вирощування сформувався двошаровий органоїд сферичної форми: зовні клітини епікарда, всередині - кардіоміоцити. Вже на шостий день клітинна куля почала скорочуватися, а до десятого бієння стало регулярним. Органоїд був пронизаний мережею ендотеліальних клітин з просвітом, схожу на систему коронарних судин. Крім того, у штучному серці сформувалося кілька пустот, вистелених ендотелієм і нагадують камери серця. Формування судин і камер вдалося посилити, коли в середу додали дві морфогени: BMP4 і активін A.
Секвенування РНК органоїда на різних термінах підтвердило, що стадії його розвитку такі ж, як у серця людського ембріона. В органоїді експортувалися гени, що забезпечують головні функції серця: провідність, скоротимість, кальцієвий обмін. Вчені також виявили в органоїді всі головні типи клітин серця, в тому числі клітини епікарда, ендотелія, ендокарда і фібробласти. Такої гістологічної різноманітності і генетичної схожості зі справжнім серцем не вдавалося досягти в одношарових клітинних культурах.
На закінчення автори роботи підкреслили, що придуманий ними протокол простий (досить звичайного для вирощування клітинних ліній обладнання) і відтворюємо. Отриманий серцевий органоїд з різноманітності клітин і морфологічної організації схожий на серце людського ембріона, а значить, на ньому можна вивчати як нормальний розвиток серця, так і його відхилення.
Органоїди деяких інших органів вчені навчилися успішно вирощувати вже давно. Ми писали, наприклад, про міні-кишківник з нервовою системою і міні-плацент, а вирощуванню мозку «в пробірці» і виникають етичні проблеми присвячений наш матеріал «З голови геть».