Сърце от прасе с човешки стволови клетки намалява риска от отхвърляне

По време на конференцията „Life Itself“ молекулярният биолог Дорис Тейлър описва научно постижение, което й отнема десетки години. Тя го нарича „призрачно сърце“ (ghost heart), като органът е взет от прасе, след което клетките са отмити и на тяхно място са инжектирани човешки стволови. Експертът използва сърцето от животното единствено като матрица (скелет), а всичко останало се култивира в стерилна лабораторна среда, докато то започне да функционира пълноценно.

„Когато за първи път видях сърдечните стволови клетки да бият в същия ритъм като самото сърце, при това в съд на Петри, просто онемях. Животът ми се промени изцяло. Казах си, че на всяка цена трябва да разбера как и защо се случва, ако искам да помогна на милионите хора по света, които чакат за трансплантация на сърце“, признава Тейлър.

Днес тя е още по-близо до целта си. Създала е сърце, взето от прасе, от което запазва само структурата. На по-късен етап са инжектирани човешки стволови клетки с цел да се минимизира риска от отхвърлянето му.

Според биолога „вече може да се мисли за изобретяването на персонализирано човешко сърце.“

Предимства на новосъздаденото сърце

Използването на човешки клетки в конкретния експеримент дава няколко сериозни предимства:

• пациентът може да не приема медикаменти срещу отхвърляне на трансплантирания орган;
• операцията би била по-евтина, тъй като се инжектират негови собствени клетки;
• посещенията в болница биха били много по-малко, което означава и по-добро качество на живот.

Инжектирането на стволовите клетки се осъществява с помощта на специално обучен робот BAB (BioAssemblyBot). Обучението отнема на Тейлър близо десетилетие. Самото вливане на клетките става в напълно стерилна среда – капсула, създадена от компанията „Advance Solutions“.

>>> Първа успешна трансплантация на генномодифицирано сърце от прасе на човек в САЩ

Our #StemCell therapy luncheon in #FortWorth is this Wed., March 7 at 11:30 a.m.! Hear renowned scientist Dr. Doris Taylor (@StemCellzRus) speak on stem cell therapy and organ regeneration. Learn more at https://t.co/AJOWfCF2ED. pic.twitter.com/K7oN41IBbk

— Laura Bush Institute (@LWBIWH) March 5, 2018

Първите опити

Интересът на Дорис Тейлър към създаването на сърце се ражда през далечната 1998 г., когато тя работи в университета „Duke“. Първият й опит е върху заешко сърце, но той се оказва неуспешен. Вместо обаче да се откаже, тя продължава да експериментира.

През 2008 г. екипът й прави пробив. Те решават да премахнат клетките от сърцето на плъх и да използват единствено неговия „скелет“, върху който да отгледат човешки клетки. Не след дълго заменят органа със сърце на прасе, тъй като анатомичните му прилики с човешкото са много повече.

Етапи на създаване на сърцето

„Взехме сърцето от прасе и отмихме клетките с нежен бебешки шампоан. Това, което остана, беше извънклетъчна матрица, нещо като прозрачна рамка, която нарекохме „призрачно сърце“.

Следващата стъпка беше да инжектираме клетки от кръвоносни съдове и да ги оставим няколко седмици, за да се размножат. По този начин създадохме условия за „хранене“ на клетките, които предстоеше да добавим по-нататък, тоест възстановихме кръвоносните съдове в самото сърце.

След известно време стартирахме поетапно инжектиране на още незрелите стволови клетки в различни участъци на „скелето“. Когато приключихме, дойде ред на поредното предизвикателство – да научим клетките да растат. Направихме го чрез електрическа стимулация, подобно на пейсмейкър, която в началото беше слаба и постепенно се усилваше. Забелязахме, че потрепват първо клетките в една област, после в друга, но никога едновременно. Стимулацията даваше резултат, но на различни места. С времето обаче те започнаха да се свързват помежду си в самата матрица и за близо месец постигнаха удивителен синхрон. Започнаха да работят като едно цяло и сърцето заби. Моментът беше незабравим!“, разказва Дорис Тейлър.

Грижи за създаденото сърце

Разбира се, работата на учените не свършва дотук. След като започва да бие, те трябва да му осигурят кръвно налягане и да го „обучат“ да изпомпва кръвта. За целта запълват камерите на сърцето с изкуствена кръв. Това обаче не отменя необходимостта от електрическа помпа, в противен случай, сърдечните клетки ще умрат. Те получават кислород от изкуствени бели дробове.

В първите дни всяка стъпка от експеримента се контролира и следи на място, 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата.

Биологът допълва: „Сърцето също трябва да се храни, ежедневно. Не можехме да започнем да го следим електронно, докато не изградим всяка негова част. Бяхме там и по Коледа, и по Нова година. Много хора ни помогнаха през всичките тези години“.

Тъй като инжектираните клетки са от един и същи вид, макар и на различни места, първоначално функционират еднакво. Сега те са напълно различни – в лявата камера има сърдечни клетки, типични за лявата камера, в предсърдието клетките са предсърдни, а в дясната камера – такива, каквито трябва да бъдат в дясната камера. С други думи, с течение на времето те се променят спрямо мястото, на което са инжектирани.

Милиарди стволови клетки

След като вижда крайният резултат от дългогодишния си труд, Дорис Тейлър вече мечтае за мига, когато прототипът на сърцето, създадено от нея, ще може да се произвежда масово и да се използва за трансплантации.

Тя споделя, че за всеки грам сърдечна тъкан са били нужни милиарди сърдечни клетки. За размерите на сърце на възрастен човек това означава близо 400 милиарда клетки, взети от самия него. Повечето лаборатории работят с около милион клетки, а сърдечните не се делят. Така пред екипа изниква въпросът „От къде ще вземаме толкова много клетки?“

Тук своя принос дава японският биомедицински учен д-р Шиня Яманака, който през 2007 г. открива начин да препрограмира различни клетки и да ги превърне в ембрионални или „плурипотентни“ стволови клетки. Те имат способността да се превръщат във всякакъв друг вид клетки, според нуждите на организма.

„Хранене“ на клетките

Благодарение на iPS клетките (фактори Яманака) Тейлър и колегите й могат да вземат кръв, костен мозък или кожа от пациента, след което да култивират клетки от тях и да ги превърнат в сърдечни. Тъй като процесът е много бавен, търсенето на алтернативи продължава. В продължение на 10 години екипът работи по оптимизацията на процеса. Създават влакнеста конструкция, подобна на пчелна пита, в чиито килийки клетките се закрепят и могат да бъдат подхранвани. Материалът попива хранителните вещества, също като филтър за кафе, а клетките имат постоянен достъп до тях, което им позволява да се размножават много по-бързо.

Рискът от замърсяване и инфекция на сърцето

Всяка манипулация крие рискове от замърсяване, инфекция и дори умиране на органа. Ръчното инжектиране на 350 милиарда клетки отнема твърде дълго време.

Тейлър си спомня за един злополучен ден, в който токът спира и всички сърца в лабораторията умират. Екипът й трудно преживява случилото се.

Компанията „Advance Solutions“ намира решение на казуса, като изобретява специално оборудване, което не само пази органа от замърсяване, но и го държи добре фиксиран и извършва инжектирането на стволовите клетки. Роботът BAB работи бързо и изключително прецизно. Тъй като всяко сърце е различно, той използва ултразвукова технология, с която се ориентира в съдовата му система.

Към момента д-р Тейлър работи с частни инвеститори с надеждата, някога в бъдеще, научното й откритие да помогне на милионите сърдечно болни да получат сърце. Ако клиничните изпитания върху хора се окажат успешни, всички тези хора ще имат реален шанс за нормален живот.