Ученые омолаживают клетки сердца, перепрограммируя окружающую поддерживающую ткань, а не сами клетки.
Исследователи изучают образец DECIPHER.
НУС
Ученые, возможно, нашли способ перевести биологические часы сердца вспять, даже не прикасаясь к клеткам.
Группа исследователей под руководством доцента Дженнифер Янг с кафедры биомедицинской инженерии Национального университета Сингапура (НУС) разработала новый выращенный в лабораторных условиях материал, который обещает замедлить и даже обратить вспять некоторые процессы старения сердца.
Вместо того чтобы сосредоточиться на клетках, команда сосредоточилась на внеклеточном матриксе сердца (ВКМ) — плотной, богатой белком сети, которая не только удерживает клетки на месте, но и сообщает им, как себя вести.
Со временем эта структура затвердевает, а ее химические сигналы выходят из строя, запуская эффект домино, который приводит к образованию рубцов, потере гибкости и ухудшению работы сердца.
Важна матрица, а не мышцы
Чтобы изучить этот упускаемый из виду аспект, исследователи создали гибридный биоматериал под названием DECIPHER (гибрид децеллюляризованного in situ полиакриламидного гидрогеля-ECM).
Объединив естественную ткань сердца с синтетическим гелем, они создали платформу, которая точно имитирует жесткость и биохимический состав ВКМ, что позволяет ученым настраивать ее независимо друг от друга.
«До сих пор было сложно определить, какие из этих изменений — физическая скованность или биохимические сигналы — играют большую роль в этом ухудшении, поскольку они обычно происходят одновременно», — сказал Эвери Руй Сан, первый автор исследования.
«Платформа DECIPHER решает эту проблему, позволяя исследователям независимо контролировать жесткость и биохимические сигналы, подаваемые на клетки, — то, чего не могла сделать ни одна предыдущая система, использующая нативную ткань».
Когда команда культивировала старые клетки сердца на подложках DECIPHER, предназначенных для воспроизведения биохимических сигналов молодой ткани, клетки начали проявлять характеристики, типичные для молодых клеток.
Примечательно, что это омоложение происходило даже тогда, когда основной материал оставался жестким.
Дальнейший анализ выявил широкомасштабные изменения в экспрессии генов, затронувшие тысячи генов, связанных со старением и функцией клеток.
Снова молодой по замыслу
Напротив, когда молодые сердечные клетки были помещены на каркасы, имитирующие старый внеклеточный матрикс, они начали демонстрировать ранние признаки дисфункции, даже при отсутствии повышенной жесткости, что подчеркивает решающее влияние биохимических сигналов в клеточной среде.
По словам Янга, полученные данные свидетельствуют о том, что для старых клеток окружающая биохимическая среда играет более важную роль в возникновении дисфункции, чем жесткость.
«Это говорит о том, что если мы найдем способ восстановить эти сигналы в стареющем сердце, мы сможем обратить вспять некоторые повреждения и улучшить работу сердца с течением времени».
«С другой стороны, мы обнаружили, что в случае молодых клеток сердца более высокая жесткость может привести к их преждевременному «старению», что позволяет предположить, что если мы будем воздействовать на определенные аспекты старения внеклеточного матрикса, то сможем со временем замедлить или предотвратить нарушение функции сердца».
Хотя работа все еще находится на стадии исследований, группа полагает, что их результаты открывают многообещающие новые возможности для терапии, направленной на сохранение или восстановление функции сердца в процессе старения путем воздействия на сам ВКМ.
Они надеются, что платформу DECIPHER можно будет адаптировать для исследования старения и заболеваний других тканей, учитывая фундаментальную роль ВКМ в регуляции поведения клеток во всем организме.
«Многие возрастные заболевания влекут за собой изменения жесткости тканей, причем не только сердца», — сказал Янг.
«Например, тот же подход можно применить к тканям почек и кожи, и его можно адаптировать для изучения таких состояний, как фиброз или даже рак, где механическая среда играет важную роль в поведении клеток».
Исследование недавно было опубликовано в журнале Nature Materials.
Sourse: interestingengineering.com
