Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сконструированные человеческие сердечные ткани (hECT) получают путем экспериментальных манипуляций с плюрипотентными стволовыми клетками, такими как эмбриональные стволовые клетки человека (hESC) и, совсем недавно, индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC) для дифференциации в кардиомиоциты человека . [1] [2] [3] [4] [5] Интерес к этим биоинженерным сердечным тканям возрос в связи с их потенциальным использованием в сердечно-сосудистых исследованиях и клинической терапии. Эти ткани представляют собой уникальную модель in vitro для изучения физиологии сердца с видоспецифическим преимуществом перед культивируемыми клетками животных в экспериментальных исследованиях. [1]hECT также обладают терапевтическим потенциалом для регенерации сердечной мышцы in vivo . [2] [3] hECT являются ценным ресурсом для воспроизведения нормального развития сердечной ткани человека, понимания развития сердечно-сосудистых заболеваний человека (ССЗ) и могут привести к инженерно-тканевой терапии пациентов с ССЗ. [3]

Генерация hECTs [ править ]

hESC и hiPSC являются первичными клетками, используемыми для генерации hECT. [2] [3] [4] [5] Плюрипотентные стволовые клетки человека дифференцируются в кардиомиоциты (hPSC-CMs) в культуре через среду, содержащую низкомолекулярные медиаторы (например, цитокины, факторы роста и транскрипции). [1] [6] [7] Преобразование hPSC-CM в hECT включает использование трехмерных (3D) тканевых каркасов для имитации естественной физиологической среды сердца. [1] [2] [3] [8] Этот трехмерный каркас, наряду с коллагеном, является основным компонентом внеклеточного матрикса сердца [9]- обеспечивает соответствующие условия для содействия организации, росту и дифференцировке кардиомиоцитов. [1] [2] [3] [7] [8]

Характеристики hECT [ править ]

На внутриклеточном уровне hECT демонстрируют несколько важных структурных особенностей кардиомиоцитов, включая организованные саркомеры , щелевые соединения и структуры саркоплазматического ретикулума ; [1] однако распределение и организация многих из этих структур характерны для ткани сердца новорожденного, а не для сердечной мышцы взрослого человека. [1] [3] [4] [8] hECT также экспрессируют ключевые сердечные гены ( α-MHC , SERCA2a и ACTC1 ), приближаясь к уровням, наблюдаемым в сердце взрослого человека. [1] Аналогично характеристикам ЭСТ на животных моделях, [10][11] ЧЭКТ спонтанно бьются [1] и воссоздают многие фундаментальные физиологические реакции нормальной сердечной мышцы, такие как механизм Франка-Старлинга [1] [7] и чувствительность к кальцию. [1] ЧЭКТ показывают дозозависимые ответы на определенные лекарства, такие как морфологические изменения потенциалов действия из-заблокаторов ионных каналов [4] [12] и модуляция сократительных свойств инотропными и лузитропными агентами. [1] [7]

Экспериментальные и клинические применения [ править ]

Даже с современными технологиями структура и функция hECT больше на уровне сердечной мышцы новорожденного, чем миокарда взрослого человека. [1] [2] [3] [4] [5] [8] Тем не менее, важные достижения привели к созданию пластырей hECT для восстановления миокарда на животных моделях [13] [14] и их использовании в моделях лекарств in vitro. скрининг. [1] [3] [12] hECT также можно использовать для экспериментального моделирования сердечно-сосудистых заболеваний с использованием генетических манипуляций и опосредованного аденовирусами переноса генов . [1] [15] На животных моделях инфаркта миокарда (ИМ) инъекция hECT в сердца крыс [16] и мышей[17] уменьшает размер инфаркта и улучшает функцию сердца и сократительную способность. В качестве доказательства принципа, трансплантаты сконструированных тканей сердца были имплантированы крысам после инфаркта миокарда, что положительно повлияло на функцию левого желудочка. [18] Использование hECT для создания тканевых инженерных клапанов сердца также изучается для улучшения существующих конструкций сердечных клапанов в исследованиях на животных in vivo. [19] По мере того, как технологии тканевой инженерии развиваются, чтобы преодолеть существующие ограничения, hECT являются многообещающим направлением для открытия экспериментальных лекарств, скрининга, моделирования заболеваний и восстановления in vivo.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o Turnbull IC, Karakikes I, Serrao GW, Backeris P, Lee JJ, Xie C, Senyei G, Gordon RE, Li RA, Akar FG, Hajjar RJ, Hulot JS, Costa KD (февраль 2014 г.). «Продвижение функциональных инженерных сердечных тканей к доклинической модели человеческого миокарда» . Журнал FASEB . 28 (2): 644–54. DOI : 10.1096 / fj.13-228007 . PMC  3898643 . PMID  24174427 .
  2. ^ Б с д е е Tiburcy М, Zimmermann WH (Jan 2014). «Моделирование роста и гипертрофии миокарда в сконструированной сердечной мышце». Тенденции сердечно-сосудистой медицины . 24 (1): 7–13. DOI : 10.1016 / j.tcm.2013.05.003 . PMID 23953977 . 
  3. ^ a b c d e f g h i Tulloch NL, Murry CE (ноябрь 2013 г.). «Тенденции в сердечно-сосудистой инженерии: организация человеческого сердца» . Тенденции сердечно-сосудистой медицины . 23 (8): 282–6. DOI : 10.1016 / j.tcm.2013.04.001 . PMC 3791174 . PMID 23722092 .  
  4. ^ а б в г д Чжан Д., Шадрин И.Ю., Лам Дж., штаб-квартира Сиань, Снодграсс HR, Бурзак Н. (июль 2013 г.). «Кардиальный пластырь с тканевой инженерией для расширенного функционального созревания кардиомиоцитов, полученных из ЭСК человека» . Биоматериалы . 34 (23): 5813–20. DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2013.04.026 . PMC 3660435 . PMID 23642535 .  
  5. ^ a b c Mummery CL, Zhang J, Ng ES, Elliott DA, Elefanty AG, Kamp TJ (июль 2012 г.). «Дифференциация эмбриональных стволовых клеток человека и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в кардиомиоциты: обзор методов» . Циркуляционные исследования . 111 (3): 344–58. DOI : 10,1161 / CIRCRESAHA.110.227512 . PMC 3578601 . PMID 22821908 .  
  6. ↑ Wang H, Cao N, Spencer CI, Nie B, Ma T, Xu T, Zhang Y, Wang X, Srivastava D, Ding S (март 2014 г.). «Маленькие молекулы позволяют сердечное перепрограммирование фибробластов мыши с одним фактором Oct4» . Отчеты по ячейкам . 6 (5): 951–60. DOI : 10.1016 / j.celrep.2014.01.038 . PMC 4004339 . PMID 24561253 .  
  7. ^ a b c d Soong PL, Tiburcy M, Zimmermann WH (июнь 2012 г.). «Сердечная дифференциация человеческих эмбриональных стволовых клеток и их сборка в сконструированную сердечную мышцу». Текущие протоколы в клеточной биологии . Глава 23: 23.8.1–23.8.21. DOI : 10.1002 / 0471143030.cb2308s55 . PMID 23129117 . 
  8. ^ a b c d Туллох Н.Л., Мусхели В., Разумова М.В., Корте Ф.С., Ренье М., Хауч К.Д., Пабон Л., Райнеке Х., Марри К.Э. (июнь 2011 г.). «Рост инженерного миокарда человека с механической нагрузкой и сокультивированием сосудов» . Циркуляционные исследования . 109 (1): 47–59. DOI : 10,1161 / CIRCRESAHA.110.237206 . PMC 3140796 . PMID 21597009 .  
  9. ^ Вебер KT, Яницки JS, Шрофф С.Г., Pick, R Chen RM, Bashey RI (Apr 1988). «Ремоделирование коллагена в перегруженном давлением, гипертрофированном миокарде нечеловеческих приматов» . Циркуляционные исследования . 62 (4): 757–65. DOI : 10.1161 / 01.res.62.4.757 . PMID 2964945 . 
  10. ^ Циммерман WH, Финк С, D Kralisch, Реммерс U, Вейл Дж, Eschenhagen Т (апрель 2000 г.). «Трехмерная инженерная ткань сердца из сердечных миоцитов новорожденных крыс». Биотехнология и биоинженерия . 68 (1): 106–14. DOI : 10.1002 / (SICI) 1097-0290 (20000405) 68: 1 <106 :: AID-BIT13> 3.0.CO; 2-3 . PMID 10699878 . 
  11. ^ Zimmermann WH, Schneiderbanger K, Шуберт P, M Дидье, Münzel F, Хойбы JF, Костин S, Neuhuber WL, Eschenhagen T (февраль 2002). «Тканевая инженерия дифференцированной конструкции сердечной мышцы» . Циркуляционные исследования . 90 (2): 223–30. DOI : 10.1161 / hh0202.103644 . PMID 11834716 . 
  12. ^ a b Schaaf S, Shibamiya A, Mewe M, Eder A, Stöhr A, Hirt MN, Rau T, Zimmermann WH, Conradi L, Eschenhagen T, Hansen A (2011). «Созданная человеком ткань сердца как универсальный инструмент в фундаментальных исследованиях и доклинической токсикологии» . PLOS ONE . 6 (10): e26397. DOI : 10.1371 / journal.pone.0026397 . PMC 3197640 . PMID 22028871 .  
  13. ^ Стивенс KR, Kreutziger KL, Dupras SK, Korte FS, Regnier M, Muskheli V, Nourse MB, Bendixen K, Reinecke H, Murry CE (сентябрь 2009 г.). «Физиологическая функция и трансплантация свободной от каркаса и васкуляризированной ткани сердечной мышцы человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (39): 16568–73. DOI : 10.1073 / pnas.0908381106 . PMC 2746126 . PMID 19805339 .  
  14. ^ Лесман А, Хабиб М, Каспи О, Gepstein А, Арбель G, S Левенберга, Gepstein л (январь 2010). «Трансплантация тканевой инженерии васкуляризированной сердечной мышцы человека». Тканевая инженерия. Часть A . 16 (1): 115–25. DOI : 10,1089 / ten.TEA.2009.0130 . PMID 19642856 . 
  15. ↑ de Lange WJ, Hegge LF, Grimes AC, Tong CW, Brost TM, Moss RL, Ralphe JC (июнь 2011 г.). «Созданная из неонатальных мышей сконструированная сердечная ткань: новая модельная система для изучения генетических заболеваний сердца» . Циркуляционные исследования . 109 (1): 8–19. DOI : 10,1161 / CIRCRESAHA.111.242354 . PMC 3123426 . PMID 21566213 .  
  16. ↑ Min JY, Yang Y, Converso KL, Liu L, Huang Q, Morgan JP, Xiao YF (январь 2002 г.). «Трансплантация эмбриональных стволовых клеток улучшает сердечную функцию у постинфарктных крыс» . Журнал прикладной физиологии . 92 (1): 288–96. DOI : 10.1152 / jappl.2002.92.1.288 . PMID 11744672 . 
  17. ^ Колосов Е, Бостани Т, Роелл Вт, Брайтбах М, Pillekamp Ж, Нигрен JM, асс Р, Рубенчик О, Фриз JW, Венцель D, Geisen C, Ся Y, Lu Z, Дуань Y, Kettenhofen R, Jovinge S, Блоховские W, Болен Х., Велц А., Хешелер Дж., Якобсен С.Е., Флейшманн Б.К. (октябрь 2006 г.). «Приживление сконструированных кардиомиоцитов, полученных из ES-клеток, но не BM-клеток, восстанавливает сократительную функцию инфаркта миокарда» . Журнал экспериментальной медицины . 203 (10): 2315–27. DOI : 10,1084 / jem.20061469 . PMC 2118112 . PMID 16954371 .  
  18. ^ Циммерман WH, Мельниченко я, Wasmeier G, М Дидье, Найты Н, Nixdorff U, Гесс А, Budinsky л, Брюно К, Михаэлис В, Dhein S, Schwoerer А, Ehmke Н, Eschenhagen Т (апрель 2006 г.). «Инженерные трансплантаты сердечной ткани улучшают систолическую и диастолическую функцию сердца крыс с инфарктом». Природная медицина . 12 (4): 452–8. DOI : 10.1038 / nm1394 . PMID 16582915 . 
  19. ^ Pucéat M (апрель 2013). «Эмбриологическое происхождение эндокарда и производных клеток-предшественников клапана: от биологии развития до восстановления клапана на основе стволовых клеток» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . 1833 (4): 917–22. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2012.09.013 . PMID 23078978 .