Choroby układu krążenia pozostają główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności na całym świecie, co podkreśla pilną potrzebę wiarygodnych modeli in vitro, które podsumowują rozwój i funkcję ludzkiego serca 1,2. Tradycyjne dwuwymiarowe (2D) jednowarstwowe hodowle kardiomiocytów, choć cenne, nie są w stanie odtworzyć złożoności przestrzennej, interakcji wielokomórkowych i integracji elektromechanicznej rodzimego ludzkiego serca 3,4. Organoidy sercowe 3D pochodzące z pluripotencjalnych komórek macierzystych pojawiły się jako potężne platformy, które rozwiązują te ograniczenia, zapewniając samoorganizujące się, wielokomórkowe struktury, które naśladują wczesną morfogenezę serca i dojrzewanie funkcjonalne in vitro5.
hESC, takie jak linia H9, posiadają wewnętrzną zdolność do różnicowania się we wszystkie typy komórek somatycznych, w tym kardiomiocyty, komórki śródbłonka i fibroblasty serca6. W kontrolowanych warunkach hodowli hESC można przeprowadzić przez kolejne etapy indukcji mezodermy, specyfikacji mezodermy serca i różnicowania kardiomiocytów 5,7. Ten krokowy proces można regulować za pomocą określonych cząsteczek sygnałowych i inhibitorów, w tym inhibitorów Activin A, BMP4, FGF2, PI3K, CHIR99021, inhibitorów Wnt i kwasu retinowego 5,8. Poprzez ścisłe naśladowanie środowiska sygnalizacyjnego in vivo rozwoju embrionalnego serca, sygnały te promują wydajną i powtarzalną kardiogenezę in vitro 5,7.
W przeciwieństwie do wielu układów organoidowych, które wymagają osadzenia w elementach macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), takich jak Matrigel, organoidy sercowe mogą samoorganizować się w warunkach niskiej adhezji bez wsparcia matrycy 5,9. Agregacja różnicujących się hESC w zawiesinie daje kuliste struktury 3D, które wykazują spontaniczne bicie w ciągu pierwszego tygodnia różnicowania10. Organoidy te zawierają funkcjonalnie istotne populacje komórek serca i wykazują charakterystyczne cechy, takie jak organizacja sarkomeryczna, stany przejściowe wapnia i rytmiczne skurcze 11,12, oferując fizjologicznie istotny model wczesnej ludzkiej tkanki serca.
Zdolność do generowania organoidów sercowych pochodzących z hESC oferuje ekscytujące możliwości w zakresie biologii rozwojowej, modelowania chorób, badań przesiewowych leków i testów kardiotoksyczności13,14. Co więcej, integracja z technologiami edycji genomu i indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi (iPSC) specyficznymi dla pacjenta umożliwia spersonalizowane modelowanie chorób i eksplorację terapeutyczną dziedzicznych chorób serca.
W tym artykule przedstawiamy szczegółowy, krok po kroku protokół generowania organoidów sercowych z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych, podkreślając kluczowe etapy różnicowania, warunki hodowli i techniki walidacji. Platforma ta zapewnia solidny, skalowalny system do podsumowania rozwoju serca człowieka i stworzenia podstaw dla przyszłych badań translacyjnych.