Новый способ изучения сердца — миниатюрную копию сердечной камеры, разработала под руководством Бостонского университета (BU) междисциплинарная группа инженеров, биологов и генетиков, 22 апреля сообщил сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.

Команда создала устройство под названием miniPUMP, официально называемое кардиальным миниатюрным однонаправленным микрофлюидным насосом с прецизионной поддержкой. Результаты разработки и исследования минисердца были опубликованы в журнале Science Advances в статье под названием «Разработка живого сердечного насоса на чипе с использованием высокоточного изготовления».

Устройство, созданное из комбинации наноинженерных частей и ткани человеческого сердца, может дать исследователям необходимые данные о том, как работает орган человека, отслеживать, как развивается сердце у эмбриона, изучать влияние различных болезней, потенциальную эффективность и побочные эффекты новых методов лечения. При этом ученые смогут проводить все эти исследования, не выходя из лаборатории и не подвергая опасности пациентов.

MiniPUMP размером всего 3 кв. сантиметра сконструирован таким образом, чтобы действовать как желудочек человеческого сердца или его мышечная нижняя камера. Его компоненты устанавливаются на тонкий кусок пластика, напечатанный на 3D-принтере.

Он содержит миниатюрные акриловые клапаны, открывающиеся и закрывающиеся для управления потоком жидкости, но не крови, а воды, а также маленькие трубочки, направляющие эту жидкость как это делают артерии и вены человека.

Для печати каждого из крошечных компонентов команда использовала процесс, называемый двухфотонной прямой лазерной записью — более точную версию 3D-печати — многие компоненты в miniPUMP измеряются в микронах.

Имитация мышц сердечного желудочка, заставляющих ткани сердца сокращаться, выполнена из кардиомиоцитов, изготовленных с использованием технологии стволовых клеток.

Чтобы сделать кардиомиоцит, исследователи берут любую клетку взрослого человека и перепрограммируют для преобразования ее в эмбриональную стволовую клетку, а затем уже трансформируют в клетку сердца. Кардиомиоциты не только дают устройству реальное «сердце», но и предоставляют исследователям огромный потенциал для разработки персонализированных лекарств.

Исследователи могут, например, поместить в устройство выращенную больную ткань мышцы сердца конкретного человека, а затем протестировать с его помощью лекарство, чтобы посмотреть, как оно повлияет на ее сердечную функцию.

«С этой системой, если я возьму у вас клетки, я смогу увидеть, как лекарство подействует на вас, потому что это ваши клетки, — пояснил Христос Михас, проектировщик и разработчик miniPUMP. — Эта система хорошо воспроизводит некоторые функции сердца, но еще и дает нам возможность менять людей, чье сердце она воспроизводит. Это хорошо предсказуемая модель, позволяющая увидеть, что произойдет с людьми, не трогая их».

По словам Михаса, это может позволить ученым оценить шансы на успех нового лекарства от болезней сердца задолго до того, как оно отправится в клинические испытания.