Кардиомиоциты, полученные из перепрограммированных фибробластов мыши: сохранная гормональная регуляция, экспрессия сердечных ионных каналов и развитие сократимости

Цель: Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК) обладают потенциалом развития, сопоставимым с потенциалом эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), полученных из бластоцисты, и могут служить аутологичным источником клеток для восстановления тканей, моделирования заболеваний in vitro и оценки токсичности. Целью работы было получить кардиомиоциты (КМ) из иПСК и сравнить их молекулярные и функциональные характеристики с характеристиками КМ, полученных из нативных ЭСК мыши.

Методы и результаты: С помощью системы массового культивирования из иПСК мыши N10 и O9, а также ЭСК R1 и D3 получили спонтанно сокращающиеся КМ. В дифференцирующихся эмбриоидных телах из иПСК экспрессировались транскрипты T-brachyury — фактора спецификации мезодермы — и кардиоспецифических генов, не относящихся к предсердным. Иммуноцитохимический анализ экспрессии и внутриклеточной организации структурных белков, специфичных для сердца, показал значительное сходство КМ из иПСК и ЭСК. В соответствии с результатами предыдущего исследования электрофизиологический анализ выявил сохранный ответ на стимуляцию β-адренорецепторов и мускариновых рецепторов. Регистрация потенциалов действия (ПД) показала, что большинство исследованных КМ из иПСК, полученных не позднее 23-го дня дифференцировки, имели желудочковый тип. При воздействии лидокаина, Cs⁺, SEA0400 и комбинации верапамила с нифедипином на нанесённые на субстрат эмбриоидные тела из иПСК во время регистрации внеклеточных полевых потенциалов с помощью многоэлектродной матрицы (MEA) и внутриклеточной регистрации ПД острым электродом были выявлены соответственно I(Na), I(f), I(NCX) и I(CaL). Полученные данные указывают на участие этих токов в формировании водителя ритма сердца, причём I(CaL) имеет особенно важное значение. Кроме того, КМ из иПСК развивались в нежизнеспособной ткани желудочка и обеспечивали её сокращение; ткань реагировала на β-адренергическую стимуляцию.

Выводы: Кардиогенный потенциал иПСК сопоставим с потенциалом ЭСК, а КМ из иПСК обладают всеми основными функциональными характеристиками типичной сердечной клетки, включая спонтанные сокращения, гормональную регуляцию, экспрессию сердечных ионных каналов и сократимость. Поэтому КМ из иПСК могут стать ценным источником клеток для исследований in vitro и клеточной кардиомиопластики.