Пластырь против инфаркта испытали на крысах

Исследователи из Чжэцзянского университета (Ханчжоу, Китай) предложили новый вариант терапии инфаркта стволовыми клетками. На поврежденную область миокарда накладывается микроигольчатый пластырь, содержащий стволовые клетки костного мозга. Статья об исследовании устройства на крысах опубликована в Science Advances.

Повреждения миокарда при ишемической болезни сердца (ИБС) сопровождаются некрозом клеток сердечной мышцы — кардиомиоцитов. Ишемизированная область не может восстановиться самостоятельно, без фармакологического лечения или реперфузии. И эти традиционные подходы не позволяют полностью заместить поврежденные кардиомиоциты, а последующие сигнальные каскады усугубляют сердечную недостаточность за счет неадаптивного ремоделирования ткани. Чрезмерная активация кардиомиоцитов и кардиальных фибробластов, вызванная ишемическим стрессом, приводит к гипертрофии, дополнительно ухудшая функцию сердца.

Многие научные группы пытаются использовать стволовые клетки для восстановления миокарда после ИБС.В доклинических исследованиях были получены перспективные результаты, однако плохая приживаемость стволовых клеток и недостаточная активация резидентных кардиомиоцитов пока не позволяет перейти к клиническому применению.

Китайские исследователи создали имплантируемое устройство, улучшающее регенерацию сердца, — пьезоэлектрический микроигольчатый пластырь. В одной из предыдущих работ они вводили с помощью подобного пластыря регуляторные Т-клетки в пораженный участок кожи при псориазе.

В новой работе стволовые клетки загружали в электроактивный микроигольчатый пластырь, который размещали на поврежденном участке миокарда крысы. Устройство изготовляли из биоразлагаемого полилактата методом сверххолодной формовки. На пластыре располагалось 12 конусообразных игл, каждая с 24 порами; объем внутренней полости, где находились клетки, составлял 80 мм³.

Мезенхимальные стволовые клетки получали из костного мозга, помещали в пластырь и накладывали его на зону инфаркта. Они оставались внутри пористых игл, но обеспечивали паракринный эффект (выделяли сигнальные молекулы, влияющие на соседние клетки).

Полилактат, помимо биоразлагаемости, имеет еще одно полезное свойство — он относится к пьезоэлектрикам, то есть способен преобразовывать механическую энергию (например, ультразвука) в электрическую. Авторы предположили, что пьезоэлектрическая стимуляция, создаваемая микроиглами, усилит активность стволовых клеток и реакции самовосстановления кардиомиоцитов.

Устройство вмещало 1,5 × 10⁵ стволовых клеток в желатиновой среде. Утечки клеток не происходило, в том числе потому, что стволовые клетки костного мозга, подобно фибробластам, через несколько часов инкубации спонтанно прикреплялись к внутренней поверхности микроигл. Воздействие ультразвука и генерация пьезоэлектричества не повлияли на их жизнеспособность.

Присутствие мезенхимальных стволовых клеток костного мозга значительно снижало скорость апоптоза кардиомиоцитов при их совместной инкубации в условиях гипоксии. Изменения в экспрессии генов кардиомиоцитов также указывало на активацию их регенеративного потенциала.

После этого авторы оценили терапевтическое действие устройства на крысах с острым инфарктом миокарда. Было сформировано пять групп животных: в одной группе инфаркт не лечили, другой делали инъекции стволовых клеток в сердце, третьей на левый желудочек сердца накладывали пленку из полимера с пьезоэлектрическими свойствами, четвертой — пустой микроигольчатый пластырь и пятой — микроигольчатый пластырь со стволовыми клетками. Животных трех последних групп также обрабатывали ультразвуком (один раз в 8 часов на протяжении трех суток), чтобы вызвать электростимуляцию.

Стволовые клетки внутри пластыря оказались более жизнеспособными, чем введенные инъекционно. ЭхоКГ показало худшие результаты у крыс, получивших инъекцию стволовых клеток, даже по сравнению с контролем без лечения. В то же время у всех групп с полимерными имплантатами сократительные способности сердца были лучше, что авторы связывают с электрической стимуляцией моноцитов и макрофагов. У крыс с имплантатом, содержащим стволовые клетки, снизилось соотношение воспалительных моноцитов к противовоспалительным — это может предотвратить повреждения ткани в периинфарктной области. У них также уменьшился некроз кардиомиоцитов и улучшилось ремоделирование сердечной ткани, были снижены проявления фиброза, ткань передней стенки сердца на 28-й день оказалась более толстой.

По мнению авторов, предложенный подход может преодолеть некоторые ограничения существующих клеточных терапий.

Умный гидрогель выделяет антибиотик только в присутствии патогена