По словам исследователей из Пенсильванского университета, был открыт более быстрый, экономичный и точный метод исследования эффективности клеток сердечной мышцы, полученных из плюрипотентных стволовых клеток человека.
Плюрипотентные стволовые клетки человека (hPSC) – человеческие эмбриональные стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – могут быть индуцированы для производства других типов человеческих клеток посредством дифференцировки стволовых клеток. В этом исследовании исследователи изучали клетки сердечной мышцы – кардиомиоциты (КМ).
Цель состоит в том, чтобы использовать эти клетки для лечения сердечных заболеваний, но сначала исследователи должны определить функциональность клетки с помощью характеристики, которая включает в себя изучение того, насколько хорошо клетки были изменены, и являются ли они зрелыми, функционирующими КМ. Явным признаком того, что клетки функционируют, является то, что они бьются, потому что КМ бьются, как сердце. Современные методы определения функциональности включают использование датчика силы, который изучает механику отдельной мышечной клетки, и использование изображений кальция. Однако у этих методов есть проблемы.
"КМ, полученные из hPSC, имеют огромные перспективы для клеточной терапии сердечных заболеваний," сказал Сяоцзюнь Лэнс Лянь, доцент кафедры биомедицинской инженерии и главный исследователь проекта. "Тем не менее, современные методы определения характеристик КМ оказывают нежелательное влияние на функциональность ячеек, являются дорогостоящими и требуют много времени."
Для борьбы с этими проблемами Лиан и его коллеги разработали неинвазивный процесс, который с меньшей вероятностью отрицательно повлияет на функциональность CM. Исследователи использовали CRISPR-Cas9, инструмент редактирования генома, для создания линии репортерных стволовых клеток, указывающих на кальций, которая представляет собой тип линии стволовых клеток, который легче анализировать на функциональность CM, чем другие линии стволовых клеток.
Чтобы создать эту линию стволовых клеток, до дифференцировки стволовых клеток в КМ, исследователи использовали CRISPR-Cas9 для вставки в стволовые клетки индикаторного белка кальция, называемого GCaMP6. Белок GCaMP6 позволяет стволовым клеткам превращаться в КМ, которые можно напрямую охарактеризовать по интенсивности флуоресценции. Интенсивность флуоресценции коррелирует с механической деформацией, обнаруженной при анализе с помощью видеомикроскопа. Этот анализ показывает реакцию клеток на сердечные препараты.
"Наша система хорошо зарекомендовала себя, рентабельна и очень чувствительна, поэтому это более продвинутый метод определения характеристик КМ," Юцянь Цзян, докторант в области биомедицинской инженерии. "Поскольку это неинвазивно, это также намного лучше для CM и их функциональности."
По словам Лиана, благодаря многочисленным преимуществам системы этот процесс может еще больше способствовать улучшению моделирования заболеваний и скрининга лекарств для лечения сердечных заболеваний.
Забегая вперед, исследователи хотят построить "на переключателе" для белка GCaMP6s путем добавления доксициклина, который активирует переключающий белок, известный как Tet-On.
Исследовательская группа также изучает возможность использования этой конкретной линии стволовых клеток с усилением GCaMP6s для других исследований.
"Мы также можем использовать эту линию стволовых клеток для визуализации других клонов, таких как нейроны и астроциты," Цзян сказал.
Исследование публикуется в iScience.