Сиднейский банк сердца. Как он работает и что в нем исследуют?

Высокая заболеваемость и смертность при заболеваниях сердца требуют проведения новых исследований в этой области. Но проводить их крайне сложно. Исследования in vitro на лабораторных животных не позволяют полноценно экстраполировать результаты на людей и вводить в практику новые методы лечения. А большинство экспериментах in vivo на пациентах просто невозможны, поскольку идут вразрез с современными понятиями о биоэтических аспектах научных исследований.

Сиднейский банк сердца — это уникальный исследовательский центр, который позволил расширить наши знания о человеческом сердце и его заболеваниях. В этой статье подробно расскажем как он работает и чем там занимаются.

Что это за банк и зачем он нужен?

 

Сиднейский банк сердца расположен в Госпитале Св. Винсента и сотрудничает с Сиднейским университетом. С 1989 года сотрудники исследовательского центра создали более 20 тысяч образцов тканей сердца. В коллекции банка есть ткани как здоровых доноров, так и пациентов с различными патологиями.

Ткани левого и правого желудочков, предсердий, межжелудочковой перегородки и коронарных артерий обработаны и заморожены по специальной технологии, которая позволяет сохраняться образцам в целостности длительное время. Сотрудники центра предоставляют образцы тканей для исследования кардиоваскулярной патологии и разработки новых методов лечения.

Материалы Сиднейского банка сердца лучше подходят для исследований по сравнению с тканями животных. Прежде всего это связано с анатомо-гистологическими различиями в строении человеческого и животного сердца. Вторая веская причина отказаться от лабораторных животных в пользу донорских тканей — этические аспекты проведения экспериментов (Lal et al. 2016).

Как готовят образцы?

Образцы тканей забирают во время трансплантации сердца от здорового донора или при оперативных вмешательствах на сердце. Это может быть замена клапанов сердца, коррекция дефектов межпредсердной перегородки или кардиомиотомия. 

Процедура забора требует две свободных операционных в одно время. Поэтому часто команде трансплантологов и банка приходится работать ночью. Забор тканей проводится до выключения коронарного кровотока, то есть непосредственно перед перекрестным зажимом аорты и в течение 40 минут после его выключения. Исследования показали, что в течение этого времени не происходит значительного высвобождения кислорода из миоцитов и разрушения молекулярных структур сердечных тканей (Dhital et al. 2015).

Быстрое замораживание образцов сердца производится в предварительно маркированных 1,8-мл криопробирках. Заморозка осуществляется жидким азотом (-196о С) или парами азота (-194о С). 

Количество ткани, помещенной в каждый флакон, важно, потому что замораживание вызывает расширение объема ткани и может привести к эффектам сжатия, которые искажают клеточную архитектуру и жизнеспособность клеток (C. G. dos Remedios и соав., 2017).

Насколько качественны образцы? 

Некоторые лаборатории не желали использовать донорские образцы тканей, поскольку считали их непригодными. Они объясняли свою позицию генетическим разнообразием доноров и особенностями образа жизни донора (вредные привычки, прием ряда медикаментов, физическая нагрузка). Также предполагалось что ткани будут забираться от мертвых доноров, а при задержке процедуры на 12-36 часов после смерти миоциты начинают разрушаться. Все это могло исказить результаты экспериментов. 

Однако Сиднейский банк сердца продемонстрировал свою революционную технологию забора донорских тканей сердца и доказал, что их образцы пригодны для исследований (Sean Lal и соавт, 2015, Steven Marston и соавт., 2020).

Все образцы проходят сертификацию качества и проверяются с помощью термогравиметрии (контроль изменения массы образца в зависимости от температуры).

Какие ткани есть в коллекции? 

Сиднейский банк сердца предлагает исследователям образцы тканей здоровых доноров и варианты с различной патологией. В основном это пациенты с ишемической болезнью сердца, в том числе и  с коморбидными заболеваниями (например, с сахарным диабетом). 

В банке представлены образцы более 150 пациентов с кардиомиопатией различного генеза, включая:

• 10 пациентов с перипортальной кардиомиопатией (индуцирована родами);
• 11 с алкогольной кардиомиопатией;
• 15 с вирус-индуцированной дилятационной кардиомиопатией;
• 16 с гипертрофической кардиомиопатией.

Сердца многих пациентов с гипертрофической кардиомиопатией были секвенированы, чтоб выявить генные мутации.

Также банк нашел образцы с редкими состояниями: адриамицин-индуцированной кардиомиопатией, рестриктивной кардиомиопатией, синдромом Эйзенменгера, саркоидной кардиомиопатией, ревматической кардиомиопатией, синдромом Марфана, тетралгией Фалло, болезнью Чаги, синдромом Беккера, синдромом Шегрена и системной красной волчанкой.

Какие исследования на образцах Банка уже провели?

Благодаря Сиднейскому банку органов было проведено множество исследований, посвященным различным актуальным проблемам кардиологии.

Вот некоторые из них:

Открытие механизмов дилатационной кардиомиопатии новорожденных

Сердечная недостаточность новорожденных — это редкое, плохо изученное проявление семейной дилатационной кардиомиопатии (ДКМП). Ученые из США секвенировали экзом у новорожденного с тяжелой формой ДКМП и выявили нарушение в синтезе лейомодина 2. Лейомодины (Lmods) — актин-связывающие белки, которые регулируют сборку актиновых филаментов. До этого лейомодины не связывали с развитием дилатационной кардиомиопатии новорожденных (Rebecca C. Ahrens-Nicklas и соавт, 2019).

Исследования проводили на образцах, взятых из Сиднейского банка сердца.

Открытие гигантского белка при семейной дилатационной кардиомиопатии

Лаборатория Seidman сообщила, что мутации в гене TTN, кодирующем гигантский белок титин, были причиной сердечной недостаточности у пациентов примерно в четверти всех семейных дилатационных кардиомиопатий (Herman и соавт., 2012).

Стив Мартсон из Имперского колледжа в Лондоне и Ральф Нолл из Каролинского института в Стокгольме инициировали полное секвенирование генома из 25 образцов левого желудочка из коллекции Сиднейского банка сердца (Marston et al. 2015), подтвердив данные Herman.

Открытие влияния фосфорилирования белков на сократительную способность сердца

Исследователи (Kooij и соавт., 2013) на образцах из Сиднейского банка сердца проверили, модулирует ли протеинкиназа A (PKA) и протеинкиназа Cα (PKCα) работу кардиомиоцитов. Ранее в опытах на мышах было показано, что обе киназы могут регулировать сократительную силу сердечной мышцы. Однако, в отличие от мышей, человеческая PKCα практически не влияла на кардиомиоциты человека. Это еще один пример того, почему необходимо проявлять осторожность при экстраполяции данных с лабораторных животных на людей.

Использование фундаментальных исследований в практической медицине

Maeder и соавт., 2011 измерили содержание железа в образцах миокарда от пациентов с тяжелой стадией сердечной недостаточности. Они выяснили, что дефицит железа — это один из патогенетических звеньев сердечной недостаточности. Тем самым исследователи подтвердили гипотезу, что между анемией и неблагоприятным исходом сердечной недостаточности есть прямая связь.