Теперь исследователи из Гарварда Джон А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона (SEAS) раскрыла потенциальные механизмы, лежащие в основе исцеляющей силы электромобилей, и продемонстрировала их способность не только восстанавливать клетки после сердечного приступа, но и поддерживать их функционирование в условиях отсутствия кислорода во время сердечного приступа. Исследователи продемонстрировали эту функциональность на человеческих тканях с помощью технологии «сердце на чипе» со встроенными датчиками, которые непрерывно отслеживали сокращения ткани.
Команда также продемонстрировала, что эти межклеточные путешественники могут происходить из эндотелиальных клеток, которые выстилают поверхность кровеносных сосудов, их больше и легче поддерживать, чем стволовые клетки.
Исследование опубликовано в Science Translational Medicine.
«Наша технология« орган на чипе »продвинулась до такой степени, что теперь мы можем бороться с целевыми лекарствами вместо того, чтобы бороться с дизайном чипа», – сказал Кит Паркер, профессор биоинженерии и прикладной физики семьи Тарр в SEAS и старший автор исследования. «С помощью этого исследования мы имитировали человеческое заболевание на чипе с человеческими клетками и разработали новый терапевтический подход к его лечению."
Сердечные приступы или инфаркты миокарда возникают, когда кровоток к сердцу заблокирован.
Конечно, лучший способ лечения сердечного приступа – восстановить кровоток, но на самом деле этот процесс может нанести больший ущерб клеткам сердца. Так называемое ишемическое реперфузионное повреждение (IRI) или повреждение реоксигенации происходит, когда кровоснабжение тканей возвращается после периода нехватки кислорода.
«Клеточный ответ на IRI включает в себя несколько механизмов, таких как перегрузка кальцием и протонами, окислительный стресс, митохондриальная дисфункция и многое другое», – сказал Моран Ядид, научный сотрудник SEAS и Института биологической инженерии Висса и первый автор статьи. "Этот сложный набор процессов представляет собой проблему для разработки эффективных методов лечения, которые могут решить каждую из этих проблем."
Вот где на помощь приходят ЭВ, полученные из эндотелия. Поскольку эти везикулы происходят из сосудистой ткани, которая однозначно настроена на восприятие гипоксического стресса, исследователи предположили, что груз, который они несут, может обеспечить прямую защиту сердечной мышцы.
Исследователи нанесли на карту весь набор белков EEV, которые экспрессируются или могут экспрессироваться везикулами.
«Удивительно, но даже при том, что эти везикулы имеют всего сто пятьдесят нанометров в диаметре, они содержат почти 2000 различных белков», – сказал Ядид. "Многие из этих белков связаны с метаболическими процессами, такими как дыхание, функция митохондрий, передача сигналов и гомеостаз. Другими словами, множество процессов, связанных с реакцией сердца на стресс. Таким образом, мы думаем, что экзосомы содержат не одну терапевтическую молекулу, а смесь молекул и белков, которые в совокупности могут помочь клетке поддерживать гомеостаз, справляться со стрессом, изменять метаболические процессы и уменьшать количество повреждений."
Команда проверила влияние EEV на сердечную ткань человека, используя модель «сердце на чипе», разработанную Группой биофизики болезней SEAS. Платформы "орган на чипе" имитируют структуру и функцию нативных тканей и позволяют исследователям в реальном времени наблюдать за последствиями травм и лечения в тканях человека.
Здесь исследователи смоделировали инфаркт миокарда и реоксигенацию на чипах, в которые были введены EEV, и те, которые не были.
Исследователи обнаружили, что в тканях, обработанных EEV, кардиомиоциты могут лучше адаптироваться к стрессовым условиям и выдерживать более высокую рабочую нагрузку.
Исследователи вызвали травму трехчасовым ограничением кислорода, за которым последовали 90 минут реоксигенации, а затем измерили долю мертвых клеток и сократительную силу ткани. Сердечная ткань, обработанная EEV, имела вдвое меньше мертвых клеток и имела сократительную силу в четыре раза выше, чем необработанная ткань после травмы.
Команда также обнаружила, что поврежденные кардиомиоциты, обработанные EEV, демонстрировали набор белков, которые были более похожи на неповрежденные по сравнению с необработанными клетками. Удивительно, но команда также заметила, что клетки, обработанные EEV, продолжали сокращаться даже без кислорода.
«Наши результаты показывают, что EEV могут защитить сердечную ткань от повреждения, вызванного реоксигенацией, частично путем добавления в поврежденные клетки белков и сигнальных молекул, которые поддерживают различные метаболические процессы, что открывает путь для новых терапевтических подходов», – сказал Андре Дж. Клебер, приглашенный профессор патологии Гарвардской медицинской школы и соавтор исследования.
«Терапия экзосомальными клетками может быть полезной, когда традиционная модель одной молекулы, одной мишени просто не вылечит болезнь», – сказал Паркер. "Введенные нами везикулы, мы считаем, что используем дробовик для поражения сети мишеней для лекарств. С нашей платформой "орган на чипе" мы будем готовы использовать синтетические экзосомы в терапевтических целях, которые могут быть более эффективными и поддаются более надежному производству."
Соавтором исследования является Johan U. Линд, бывший научный сотрудник SEAS и нынешний доцент Копенгагенского университета, Дания; Herdeline Ann M. Ардона, бывший научный сотрудник SEAS и нынешний доцент Калифорнийского университета в Ирвине; Шон П. Шихи, Лорен Э. Дикинсон, Фейисайо Эведж, Маартье М.C. Бастингс, Бенджамин Поуп, Блейкли Б. О’Коннор, Джерг Р. Штраубхаар и Богдан Будник.
Он был поддержан Гарвардским научно-техническим центром материаловедения и Национальным научным фондом в рамках гранта DMR-1420570, а также Национальным центром развития трансляционных наук Национального института здоровья (NIH) под номерами наград UH3TR000522 и 1-UG3-HL-141798-01.