Инфаркт миокарда наносит ткани сердца непоправимый ущерб. Поскольку клетки сердце не могут размножаться и в сердечной мышце мало стволовых клеток, эта ткань практически не восстанавливается – она замещается фиброзной, не обладающей способностью выполнять основную функцию сердца – сокращаться.

В поисках инновационных методов восстановления функции сердца ученые разрабатывают сердечные патчи, которые могут быть пересажены в организм для замены поврежденной ткани сердца. Доктор Таль Двир (Tal Dvir), руководитель лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины, и его коллеги из Центра нанонауки и нанотехнологий (Center for Nanoscience and Nanotechnology) Тель-Авивского университета (Tel Aviv University) разрабатывают почти в буквальном смысле слова «золотой стандарт» в инженерии сердечной ткани. Их целью является получение функциональной инженерной ткани и оптимизация межклеточной передачи электрических сигналов.

Для решения одной из самых больших проблем в создании сердечных патчей – обеспечения того, что инженерная ткань сможет имитировать четко скоординированную электрическую составляющую деятельности сердца, контролирующую сокращения и их ритм, – ученые добились функциональной интеграции нановолокон с нанесенными на них наночастицами золота с сердечными клетками.

Так как золото усиливает взаимодействие биоматериалов, клетки, помещенные на подложки с интегрированными в них наночастицами, сокращаются значительно сильнее, чем контрольные, выращенные на подложках без золота, и делают это, что особенно важно, в унисон, демонстрируя эффективную передачу электрического сигнала. Выращенная при таких условиях ткань более пригодна для трансплантации.

Этот эффект объясняется тем, что на поверхности клеток сердца находятся белки, отвечающие за передачу электрических сигналов. Однако, к сожалению, процесс получения инженерной ткани сопровождается потерей этих белков. Чтобы клетки снова начали их синтезировать, требуется время, которого у пациента может и не быть. Покрытые золотом нановолокна могут играть роль временных электрических соединительных элементов, и клетки могут взаимодействовать друг с другом через наночастицы, пока не начнут вырабатывать нужные белки.

Израильские ученые разработали простой метод производства трехмерных нановолокнистых подложек для инжиниринга функциональных
тканей сердца с большой сократительной силой. Чтобы повысить проводимость матрикса и интенсифицировать межклеточную передачу электрического сигнала,
они предложили включить в макропористые подложки наноструктуры из золота. Для получения волокнистой подложки со средним диаметром волокон 250 нм
поликапролактон-желатиновая смесь подвергается электроформованию. Наночастицы золота наносятся на поверхность волокон методом напыления.
По сравнению с клетками, выращенными на обычных подложках, клетки, помещенные на подложки с нанозолотом, организуются в более вытянутые и
выровненные ткани со значительно более высокой полнотой и частотой сокращений. (Рис. Journal of Materials Chemistry B)

Крайняя необходимость в новых методах лечения не вызывает сомнения, так как 50 процентов пациентов, перенесших инфаркт миокарда, умирают в течение последующих пяти лет. Функциональная и пригодная для трансплантации ткань может не только сохранить жизнь пациентов, но и улучшить ее качество.

Продемонстрировав возможности электрического сигналинга своих сердечных патчей, полученных на подложках с интегрированным золотом, доктор Двир планирует оценить их потенциал в улучшении функции сердечной мышцы после инфаркта миокарда сначала в доклинических лабораторных тестах, а затем и в клинических испытаниях на пациентах. По мнению ученого, идеальным решением при создании новых тканей будет использование собственных клеток пациента, позволяющее избежать риска отторжения новой ткани.

Оригинальная статья Nanoengineering gold particle composite fibers for cardiac tissue engineering опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry B.