Отправить статью по E-mail Исследование формирования тканево-инженерного конструкта на основе кардиомиоцитов и матрикса различной степени анизотропии и жесткости
- Авторы: Щербина С.А.1, Шутько А.В.1, Низамиева А.А.1, Никитина А.В.1, Слотвицкий М.М.1, Цвелая В.А.1,2, Агладзе К.И.1,2
-
Учреждения:
- ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
- ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»
- Выпуск: Том 49, № 6 (2021)
- Страницы: 365-374
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://almclinmed.ru/jour/article/view/1552
- DOI: https://doi.org/10.18786/2072-0505-2021-49-036
- ID: 1552
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В экспериментах in vitro в последнее десятилетие было установлено, что механические свойства подложек сильно влияют на эффективность дифференцировки индуцированных плюрипотентных и эмбриональных стволовых клеток и их развития в зрелый фенотип. Меняя механо-эластические и структурные характеристики подложки, можно повышать процентный выход дифференцировки стволовых клеток в кардиомиоциты. Цель данной работы состояла в изучении влияния изменения физических характеристик подложек на формирование фенотипических особенностей сердечных клеток. В задачи входило сравнение структурных свойств культивируемых слоев сердечной ткани, полученных при варьировании эластичности и структуры полимерных подложек. Pезультаты показали значительные различия в кальциевой активности и структурных особенностях кардиомиоцитов в зависимости от свойств подложки, а также существенное варьирование проведения возбуждения. В связи с тем что нарушения проведения в сердечной ткани часто приводят к возникновению опасных сердечных аритмий, полученные данные предполагается использовать для определения группы пациентов с повышенным риском смерти от сердечной недостаточности.
Об авторах
С. А. Щербина
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4223-0133
Щербина Серафима Артуровна – студент магистратуры, инженер лаборатории биофизики возбудимых систем
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
РоссияА. В. Шутько
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-1921-571X
Шутько Ангелина Владимировна – магистр, инженер лаборатории биофизики возбудимых систем
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
РоссияА. А. Низамиева
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-7162-5214
Низамиева Айгуль Альфредовна – аспирант, инженер лаборатории биофизики возбудимых систем
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
РоссияА. В. Никитина
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-6462-7027
Никитина Анна Владимировна – магистр, инженер лаборатории биофизики возбудимых систем
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
РоссияМ. М. Слотвицкий
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-2237-4217
Слотвицкий Михаил Михайлович – аспирант, инженер лаборатории биофизики возбудимых систем
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
РоссияВ. А. Цвелая
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»;ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»
Автор, ответственный за переписку.
Email: v.tsvelaya@monikiweb.ru
ORCID iD: 0000-0002-3554-9736
Цвелая Валерия Александровна – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории биофизики возбудимых систем ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»; старший научный сотрудник лаборатории молекулярной и клеточной диагностики ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9;
129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2–8
РоссияК. И. Агладзе
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»;ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»
Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9258-436X
Агладзе Константин Игоревич – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией биофизики возбудимых систем ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); заведующий лабораторией молекулярной и клеточной диагностики ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»
140180, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9;
129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2
РоссияСписок литературы
- Besser RR, Ishahak M, Mayo V, Carbonero D, Claure I, Agarwal A. Engineered Microenvironments for Maturation of Stem Cell Derived Cardiac Myocytes. Theranostics. 2018;8(1): 124–140. doi: 10.7150/thno.19441.
- Mummery CL, Zhang J, Ng ES, Elliott DA, Elefanty AG, Kamp TJ. Differentiation of human embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells to cardiomyocytes: a methods overview. Circ Res. 2012;111(3): 344–358. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.110.227512.
- Lundy SD, Zhu WZ, Regnier M, Laflamme MA. Structural and functional maturation of cardiomyocytes derived from human pluripotent stem cells. Stem Cells Dev. 2013;22(14): 1991– 2002. doi: 10.1089/scd.2012.0490.
- Slotvitsky M, Tsvelaya V, Frolova S, Dementyeva E, Agladze K. Arrhythmogenicity Test Based on a Human-Induced Pluripotent Stem Cell (iP-SC)-Derived Cardiomyocyte Layer. Toxicol Sci. 2019;168(1): 70–77. doi: 10.1093/toxsci/kfy274.
- Slotvitsky MM, Tsvelaya VA, Podgurskaya AD, Agladze KI. Formation of an electrical coupling between differentiating cardiomyocytes. Sci Rep. 2020;10(1): 7774. doi: 10.1038/s41598-020-64581-5.
- Herron TJ, Rocha AM, Campbell KF, Ponce-Balbuena D, Willis BC, Guerrero-Serna G, Liu Q, Klos M, Musa H, Zarzoso M, Bizy A, Furness J, Anumonwo J, Mironov S, Jalife J. Extracellular Matrix-Mediated Maturation of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Monolayer Structure and Electrophysiological Function. Circ Arrhythm Electrophysiol. 2016;9(4):e003638. doi: 10.1161/CIRCEP.113.003638.
- LaBarge W, Mattappally S, Kannappan R, Fast VG, Pretorius D, Berry JL, Zhang J. Maturation of three-dimensional, hiPSC-derived cardiomyocyte spheroids utilizing cyclic, uniaxial stretch and electrical stimulation. PLoS One. 2019;14(7):e0219442. doi: 10.1371/journal.pone.0219442.
- Слотвицкий ММ, Цвелая ВА, Фролова ШР, Дементьева ЕВ, Агладзе КИ. Исследование функциональности получаемых из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток кардиомиоцитов для моделирования сердечных аритмий при синдроме удлиненного интервала QT. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(2): 187–195. doi: 10.18699/VJ18.346.
- Lian X, Zhang J, Azarin SM, Zhu K, Hazeltine LB, Bao X, Hsiao C, Kamp TJ, Palecek SP. Directed cardiomyocyte differentiation from human pluripotent stem cells by modulating Wn-t/β-catenin signaling under fully defined conditions. Nat Protoc. 2013;8(1): 162–175. doi: 10.1038/nprot.2012.150.
- Burridge PW, Matsa E, Shukla P, Lin ZC, Churko JM, Ebert AD, Lan F, Diecke S, Huber B, Mordwinkin NM, Plews JR, Abilez OJ, Cui B, Gold JD, Wu JC. Chemically defined generation of human cardiomyocytes. Nat Methods. 2014;11(8): 855–860. doi: 10.1038/nmeth.2999.
- Цвелая ВА. Тканевая инженерия сердца как средство для исследования фундаментальных процессов возникновения реентри [диссертация]. Долгопрудный; 2019. 164 с.
- Tsvelaya VA, Gams A, Aziz J, Efimov IR. Induced pluripotent stem-cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs): novel diagnostic platform. In: Haider KH, Aziz SM. Stem Cells – from Hype to Real Hope. Berlin: De Gruyter; 2018.
- Zhang F, Qu K, Li X, Liu C, Ortiz LS, Wu K, Wang X, Huang N. Gelatin-based hydrogels combined with electrical stimulation to modulate neonatal rat cardiomyocyte beating and promote maturation. Bio-Design and Manufacturing. 2021;4(1): 100–110. doi: 10.1007/s42242-020-00100-9.
- Schoen I, Pruitt BL, Vogel V. The Yin-Yang of Rigidity Sensing: How Forces and Mechanical Properties Regulate the Cellular Response to Materials. Annual Review of Materials Research. 2013;43(1): 589–618. doi: 10.1146/annurev-matsci-062910-100407.
- Kudryashova N, Nizamieva A, Tsvelaya V, Panfilov AV, Agladze KI. Self-organization of conducting pathways explains electrical wave propagation in cardiac tissues with high fraction of non-conducting cells. PLoS Comput Biol. 2019;15(3):e1006597. doi: 10.1371/journal.pcbi.1006597.
- Kadota S, Minami I, Morone N, Heuser JE, Agladze K, Nakatsuji N. Development of a reentrant arrhythmia model in human pluripotent stem cell-derived cardiac cell sheets. Eur Heart J. 2013;34(15): 1147–1156. doi: 10.1093/eurheartj/ehs418.
Дополнительные файлы
