Кардиологические пластыри с 3D-биопечатью

В составе биопечати были попытки использования различных типов стволовых клеток, обладающих сердечным регенеративным потенциалом. Каждый тип показал свои плюсы, наряду с некоторыми ограничениями. Представляем краткий обзор различных стратегий в этом направлении.¹
Стволовые клетки обладают такими свойствами, как пластическая адгезия, самообновление, иммуномодуляция. Они также выделяют факторы роста, которые помогают в восстановлении сердца за счет паракринных эффектов. Для регенерации сердца рассматривается 2 основных типа стволовых клеток:

• мультипотентные взрослые стволовые клетки;
• плюрипотентные стволовые клетки.

Мультипотентные взрослые стволовые клетки могут быть получены из костного мозга, периферической крови или резидентных тканей. Стратегия использования взрослых стволовых клеток показала себя осуществимой и безопасной, но клинический эффект в отношении сердечного выброса и функции сердца они дают довольно скромный. Также, будучи взрослыми, стволовые клетки имеют ограниченную репликативную способность и снижающуюся с возрастом способность к регенерации.
Плюрипотентные стволовые клетки (эмбриональные) характеризуются неограниченным самообновлением и способностью к разнонаправленной дифференцировке. Они являются одним из наиболее привлекательных источников для восстановления миокарда. Высокоочищенные кардиомиоциты, происходящие из эмбриональных стволовых клеток человека, демонстрируют повышенную выживаемость и после внедрения продолжают поддерживать региональную и глобальную сократительную функцию сердца, перенесшего инфаркт миокарда. Однако зафиксированы случаи возникновения сопутствующей эктопической аритмии, которая, вероятно, вызвана незрелым фенотипом клеток.
Помимо выбора типа стволовых клеток, важен также выбор метода их введения. При прямой инъекции большинство клеток гибнет. Трехмерная биопечать дает возможность создавать клинически применимые и жизнеспособные аналоги сердечной ткани in vitro с целью доставить клетки к месту инфаркта, привлечь нативные клетки-предшественники для эндогенной регенерации и сохранить геометрию во время ремоделирования.
В качестве основы биопечати сегодня есть опыт применения нескольких составов:

• альгинат, модифицированный аргинином-глицин-аспарагином, и гиалуроновая кислота/желатин
• биочувствительная ткань на основе фибрина-желатина
• гидрогель на основе клеток свиного сердца

Задача основы биопечатного кардиального пластыря - поддержание высокой жизнеспособности стволовых клеток и их активной пролиферации. На сегодняшний день наилучшие результаты демонстрирует новый трехмерный биопечатный кардиальный пластырь на основе децеллюляризованного внеклеточного матрикса с сердечными клетками-предшественниками человека. Инкапсулированные в пластыре клетки-предшественники поддерживали жизнеспособность клеток более 75% с 30-кратным увеличением количества кардиоспецифичных генов, а также повышенный ангиогенный потенциал (более чем в два раза).²
Кардиальные пластыри, содержащие стволовые клетки, являются многообещающим методом для восстановления и регенерации сердца у пациентов с ишемической кардиомиопатией. Однако метод еще не введен в широкую практику, так как не определены оптимальные параметры для обеспечения эффективной функциональной интеграции стволовых клеток с сердцем. Исследования в этом направлении будут продолжаться.