Новая технология мониторит реакцию тканей сердца на лекарства и болезни

Исследователи создали инновационную технологию, позволяющую наблюдать за пульсацией миниатюрных человеческих сердечных тканей, выращенных в лаборатории, без применения микроскопов. Это может ускорить процесс разработки лекарственных препаратов и снизить зависимость от опытов на животных.

Принцип метода основан на измерении незначительных изменений давления, возникающих при сокращении сердечных тканей в жидкой среде. Такой подход предоставляет возможность отслеживать их активность в режиме реального времени простым и неинвазивным способом.

Данные ткани, называемые кардиальными органоидами, представляют собой трёхмерные модели, выращенные из человеческих клеток сердца в лабораторных условиях. Хотя они не являются полноценным сердцем, органоиды воспроизводят механизм сокращения сердечной мышцы и её реакцию на лекарственные препараты, что делает их важным инструментом для изучения сердечных заболеваний и тестирования новых методов лечения до начала клинических испытаний.

Использование кардиальных органоидов растёт как альтернатива животным моделям, поскольку они основаны на человеческих клетках и дают результаты, более соответствующие реакции человеческого организма на лекарства. Кроме того, их можно производить в больших объёмах и с меньшими затратами.

Однако изучение этих органоидов сопряжено с техническими трудностями. Большинство существующих методов требуют микроскопической визуализации и анализа изображений, что занимает много времени и затрудняет масштабирование для большого числа образцов. Перемещение органоидов между средой культивирования и микроскопом также может повредить их и повысить риск контаминации.

Для решения этих проблем учёные из Университета Нового Южного Уэльса совместно с Институтом исследований сердца Виктора Чанга разработали новую систему, названную биомеханической панелью с лунками (BWP).

В отличие от традиционных технологий, система не фиксирует движение органоида напрямую, а измеряет микроволны, создаваемые его сокращениями в жидкости. Учёные сравнивают этот процесс с волнами на поверхности воды, возникающими при бросании в неё камня. Высокочувствительные датчики улавливают малейшие изменения давления и преобразуют их в электрические сигналы, которые анализируются в реальном времени.

Идея системы была вдохновлена боковой линией у рыб — сенсорным органом, позволяющим им ощущать движение воды и изменения давления вокруг.

Соавтор исследования, профессор Хуанг-Фонг Фан из Университета Нового Южного Уэльса, отметила, что цель разработки — предоставить более эффективный инструмент для изучения человеческих органоидов, преодолевая ограничения традиционных методов и животных моделей.

Она добавила, что технология позволяет непосредственно измерять механическую активность органоидов без необходимости постоянного перемещения их к микроскопу, что ускоряет эксперименты и снижает риск загрязнения.

Учёные подчёркивают, что одна из ключевых областей применения технологии — ускорение разработки лекарств. Система даёт возможность наблюдать реакцию сердечных тканей на новые препараты сразу после их добавления, что помогает оценить эффективность и отсеять неэффективные соединения на ранних этапах.

Кроме того, технология может поддерживать персонализированную медицину, позволяя выращивать кардиальные органоиды из клеток самого пациента и тестировать на них различные лекарства для выбора оптимального лечения или дозировки.

Исследовательская группа также отметила, что технология способствует снижению зависимости от опытов на животных, учитывая, что значительная часть препаратов, успешно прошедших испытания на животных, не демонстрирует аналогичных результатов у людей, что подчёркивает необходимость использования моделей на основе человеческих клеток.

Несмотря на обнадеживающие результаты, технология находится на стадии разработки. Учёные работают над увеличением количества одновременно исследуемых образцов, повышением чувствительности датчиков и расширением применения на другие типы органоидов, включая нервные и мышечные ткани.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Sensors.