Восстановление блуждающего нерва с помощью искусственного канала предотвращает развитие сердечной недостаточности

Вегетативная нервная система играет важную роль в поддержании работы сердца, и ключевым парасимпатическим регулятором служит правый блуждающий нерв, или вагус. Его резекция, например, при операциях на грудной клетке, нарушает вегетативный контроль и приводит к снижению сердечной функции. При этом способов восстановления вагусной иннервации до сих пор не существует. Авторы статьи в Science Translational Medicine разработали искусственный нервный канал, позволяющий восстановить действие блуждающего нерва на сердце и предотвратить сердечную недостаточность. Разработку протестировали на минипигах.

Искусственный канал создали на основе пористой матрицы из хитозана — биополимера, известного своей способностью поддерживать регенерацию периферических нервов, — и сетки из поли-ε-капролактона, обеспечивавшей структурную прочность. Конструкцию напечатали на 3D-принтере.

Модельным минипигам проводили ваготомию, то есть перерезали правый блуждающий нерв, а затем имплантировали им нервный канал. Через четыре месяца после операции ученые оценивали функцию сердца животных, маркером для которой служил уровень напряжения левого желудочка и то, как оно распределяется по мышце. У минипигов, подвергшихся ваготомии и не получавших лечения, наблюдалось значительное ухудшение функций сердца. У животных с имплантированным каналом работа сердца была нарушена через 10 дней после операции, но за четыре месяца восстанавливалась, и уровень напряжения приближался к исходному показателю. 

Уже через 10 дней после ваготомии у нелеченных минипигов развивалось парадоксальное движение перегородки в ранней диастоле, приводящее к рассинхронизации расслабления желудочков и в дальнейшем способное нарушать наполнение левого желудочка кровью. Патология сохранялась в течение четырех месяцев. Однако имплантация нервного канала полностью предотвратила ее развитие. 

Окрашивание на нейрофиламент показало, что в перерезанном блуждающем нерве, заключенном в хитозановый канал, формировались нейронные мостики. Иными словами, имплантат способствовал активному восстановлению аксонов. 

Анализ плотности миокардиальных волокон показал, что восстановление иннервации предотвратило патологическое ремоделирование миокарда, которое наблюдалось в отсутствие лечения. Имплантат также замедлял преждевременное старение клеток миокарда, вызванное окислительным стрессом. Экспрессия транскрипционного фактора p53, ассоциированного в том числе со старением мышц, и его нижестоящего эффектора p21 были повышены у нелеченных минипигов по сравнению с животными, которым установили искусственный нервный канал.

Кроме того, без лечения у минипигов наблюдалась сильная воспалительная реакция в участках левого желудочка, нормальная работа которых была нарушена после ваготомии. В этих областях скапливались активированные CD68⁺ макрофаги. Восстановление иннервации, которому способствовал установленный нервный канал, ослабляло инфильтрацию миокарда макрофагами и снижало их активацию. 

Количественный протеомный анализ и анализ функционального обогащения генов показали, что в левом желудочке минипигов после ваготомии активировался каскад комплемента, фибринолиз и экспрессия провоспалительных факторов, тогда как имплантация нервного канала способствовала нормализации протеомного профиля. Оценив функции дифференциально экспрессируемых генов, ученые связали восстановление протеома с митохондриальными комплексами, организацией саркомеров и морфогенезом сердца.

Таким образом, искусственный нервный канал способствовал регенерации блуждающего нерва и восстанавливал вегетативную иннервацию сердца. Это сохраняло сердечную функцию, подтверждая, что регенерация блуждающего нерва — перспективный подход к тому, чтобы предотвратить развитие сердечной недостаточности, связанной с торакальной хирургией и трансплантацией. 

Желудочковое вспомогательное устройство ускоряет регенерацию кардиомиоцитов в шесть раз