Московские ученые создали сердечную ткань для тестирования лекарств

Научные сотрудники Московского физико-технического института и Института цитологии и генетики СО РАН создали метод, который с высокой точностью определит, обладает ли лекарство побочным действием в виде тахиаритмии — наиболее опасного вида аритмии сердца — или нет. При этом не нужно тестировать препарат на животных. Исследователи вырастили сердечную ткань из клеток человеческого организма. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Toxicological Sciences.

Специалисты предложили систему, которая позволяет исследовать действие препаратов на сердечные клетки человека — кардиомиоциты. При этом строительным материалом лоскута сердечной ткани стали клетки, которые могут выполнять роль стволовых клеток (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, ИПСК — прим. ред.), а получаются путем генетических манипуляций из обычных клеток организма. Достаточно взять за основу соскоб или около 10 мл крови.

В норме биение сердца задается так называемым синусовым ритмом. Pacemaker или водитель ритма запускает волну в верхней части сердца. Она заставляет сокращаться сначала предсердие, затем желудочки — так сердце перекачивает кровь. Некоторые химические вещества могут привести к возникновению паразитного источника возбуждения, который будет запускать волну из другой точки сердца. Такие источники имеют тенденцию размножаться, что приводит к асинхронному сокращению сердечных волокон. Происходит фибрилляция, которая диагностируется как остановка сердца.

На самом деле все трепещет и работает на пределе, но кровь не качается. Поэтому медикаменты проверяются на аритмогенность. Изначально на клетках животных, затем идет очередь тестирования на людях. Однако различия между животными клетками и человеческими слишком велики, поэтому клинические испытания могут открыть неожиданные побочные эффекты.

«Из ИПСК можно получить клетки любой ткани. Но мы производим сердечные, так как они важны для нашего теста. Его минимальная применимость — получение клеток здорового человека и использование их как материала для тестирования фармпрепаратов. А максимальная — составление паспорта чувствительности конкретного человека к разным лекарствам, в данном случае — для сердца. То есть в перспективе методика станет инструментом персонализированной медицины», — рассказал первый автор и заведующий лабораторией биофизики возбудимых систем МФТИ, в которой проводились исследования, Константин Агладзе.

Полученные сердечные клетки выстилаются на подложку в двумерный слой. Так как они способны размножаться самостоятельно. Когда тестовый материал готов, в нем делается надрез и с помощью электрических импульсов запускается волна возбуждения. Когда она пытается обойти препятствие, возникает вращающаяся спиральная волна. Это и вызывает ускоренное биение сердца.

Увидеть и зафиксировать весь процесс помогают флуоресценция и высокочувствительная скоростная видеокамера. Если добавление тестируемого вещества на сердечную ткань становится причиной возникновения множества спиральных волн, то это указывает на побочное действие в виде аритмии сердца.

Полученные результаты значительно увеличивают точность токсикологической экспертизы лекарств. К тому же полностью отпадает необходимость проведения подобных тестов на животных.