Сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной заболеваемости и смертности во всем мире, что подчеркивает настоятельную потребность в надежных моделях in vitro, которые повторяют развитие и функции сердца человека 1,2. Традиционные двумерные (2D) монослойные культуры кардиомиоцитов, хотя и ценны, не в состоянии воспроизвести пространственную сложность, многоклеточные взаимодействия и электромеханическую интеграцию нативного человеческого сердца 3,4. 3D-сердечные органоиды, полученные из плюрипотентных стволовых клеток, стали мощными платформами, которые устраняют эти ограничения, обеспечивая самоорганизующиеся многоклеточные структуры, которые имитируют ранний сердечный морфогенез и функциональное созревание in vitro5.
ЭСК, такие как линия H9, обладают внутренней способностью дифференцироваться во все типы соматических клеток, включая кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и сердечные фибробласты6. В контролируемых условиях культивирования чЭСК можно проводить через последовательные стадии индукции мезодермы, спецификации сердечной мезодермы и дифференцировки кардиомиоцитов 5,7. Этот ступенчатый процесс можно регулировать с помощью специфических сигнальных молекул и ингибиторов, включая активин А, BMP4, FGF2, ингибиторы PI3K, CHIR99021, ингибиторы Wnt и ретиноевую кислоту 5,8. Точно имитируя сигнальную среду in vivo для эмбрионального сердечного развития, эти сигналы способствуют эффективному и воспроизводимому кардиогенезу in vitro 5,7.
В отличие от многих органоидных систем, которые требуют встраивания во компоненты внеклеточного матрикса (ВКМ), такие как Матригель, сердечные органоиды могут самоорганизовываться в условиях низкой адгезии без поддержки матрикса 5,9. Агрегация дифференцирующих hESCs в суспензии дает сферические 3D-структуры, которые демонстрируют спонтанное биение в течение первой недели дифференцировки. Эти органоиды содержат функционально значимые популяции сердечных клеток и демонстрируют характерные особенности, такие как саркомерная организация, переходные процессы кальция и ритмичные сокращения 11,12, предлагая физиологически значимую модель ранней сердечной ткани человека.
Способность генерировать сердечные органоиды, полученные из hESC, открывает захватывающие возможности для биологии развития, моделирования заболеваний, скрининга лекарств и тестирования кардиотоксичности13,14. Кроме того, интеграция с технологиями редактирования генома и индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК), специфичными для конкретного пациента, позволяет проводить персонализированное моделирование заболеваний и терапевтическое исследование наследственных сердечных заболеваний.
В этой статье мы представляем подробный пошаговый протокол получения сердечных органоидов из эмбриональных стволовых клеток человека, выделяя ключевые этапы дифференцировки, условия культивирования и методы валидации. Эта платформа представляет собой надежную, масштабируемую систему для повторения развития сердца человека и создания основы для будущих трансляционных исследований.