В США увеличенное сердце стало основным экспонатом научной выставки

Один из самых известных научных музеев страны, Exploratorium в Сан-Франциско, расположен менее чем в трех милях к северу от Института Гладстона, и это соседство привело к творческому, высоконаучному сотрудничеству, такому как постоянная экспозиция, представленная в последнем номере журнала Stem Cell Reports.

Один из самых популярных экспонатов музея, «Заставьте клетки сердца биться», открывает редкое окно в микроскопический мир бьющегося человеческого сердца, используя технологии и материалы, ставшие возможными благодаря науке и опыту Гладстона. С помощью этого экспоната команда создала первый интерактивный музейный опыт, который позволяет публике напрямую взаимодействовать с живыми кардиомиоцитами, или клетками сердечной мышцы.

«Это все равно что заглянуть в себя, потому что эти же типы клеток находятся внутри нас — это невероятный опыт для наших посетителей, — говорит Кристина Ю, доктор философии, старший директор по научным исследованиям и разработкам Эксплораториума.

Когда посетители подходят к экспозиции, на огромном мониторе появляется видеоролик с изображением бьющихся клеток сердца — всего 200 000. Посетители держатся за датчики на руле перед экраном и чувствуют пульс на руках. Затем, в течение нескольких секунд, они наблюдают, как клетки сердца на экране начинают биться синхронно с их собственным сердцем.

Сопоставление очень маленьких клеток в блюде с очень большим изображением на экране — это очень мощно, — говорит Ю.

Брюс Конклин, доктор медицины, старший научный сотрудник Гладстона, сотрудничает с Ю и другими сотрудниками Эксплораториума уже более 15 лет, задолго до открытия выставки в 2019 году. Идея создания выставки сердца принадлежит одному из ученых в лаборатории Конклина, и началась она с, казалось бы, простого вопроса: Можно ли взять бьющиеся клетки сердца из лаборатории и найти способ синхронизировать их с сердцами посетителей?

Мы всегда ищем природный феномен, который позволит посетителю сразу же прикоснуться к чему-то живому, — говорит Ю.

Это невероятно сложно сделать в масштабе, поэтому эта идея просто взывает к исполнению — хотя мы знали, что это будет невероятно сложно.

Ю и Конклин, а также их команды поделились своим опытом запуска и работы выставки сердечных сокращений в новом исследовании, опубликованном в журнале Stem Cell Reports. Насколько им известно, это первый интерактивный музейный экспонат, в котором используются живые человеческие сердечные клетки, которые в данном случае были получены из клеток кожи взрослого человека, а затем развиты в клетки сердца в Гладстоне с помощью технологии стволовых клеток.

Мы надеемся, что, поделившись своим опытом в таких подробностях, выставка послужит образцом для будущих отношений между академическими и общественными научными учреждениями по всему миру, — говорит Конклин.

Нам удалось создать очень мощный и доступный опыт, который стимулирует дискуссии о сердце и здоровье, а также о науке о стволовых клетках.

Сердце экспоната

В ходе опроса посетителей музея, которые взаимодействовали с экспозицией, Exploratorium выяснил, что 90% посетителей рассказали о том, что стали больше думать о собственном сердце, 30% отметили технологию, лежащую в основе экспозиции, а 20% конкретно упомянули стволовые клетки. Кроме того, посетители дольше общались с экспонатом, посвященным клеткам сердца, чем с 37 другими экспонатами, говорится в статье журнала.

Важно, что посетители также знакомятся с принципом работы экспоната: Им объясняют, что их пульс посылается в виде электрического сигнала от датчиков на руле в лабораторную посуду с живыми клетками сердца, расположенную за окном в нескольких футах от них. Когда клетки получают сигнал, они начинают биться в такт с сердцем посетителя. Письменные подсказки на мониторе побуждают посетителей увеличивать или уменьшать частоту сердечных сокращений, чтобы посмотреть, как реагируют клетки, или пригласить друга воспользоваться рулем, чтобы сравнить частоту сердечных сокращений.

Всегда интересно наблюдать за реакцией посетителей, — говорит Ю.

Мы видим, как они делают прыжки и бегают на месте, чтобы повысить частоту сердечных сокращений, что быстро отражается на видеоизображении. Самое приятное, когда они жестами просят своих друзей прийти и самим попробовать этот опыт.

По ее словам, это требует гораздо меньше объяснений, чем другие виды биологических явлений, потому что биение сердца мы ощущаем всю жизнь. Хотя у вас никогда не будет возможности посмотреть на свои собственные живые сердечные клетки, вы чувствуете их каждый день. Этот экспонат позволяет посетителям вести электрический диалог с этими клетками».

Несмотря на многочисленные трудности, не последней из которых является поддержание жизни клеток сердца в посуде в течение многих месяцев, оказалось, что клетки сердца уникальны в своей способности взаимодействовать с посетителями.

Сердечные клетки обладают динамическим поведением в реальном времени — они бьются и могут реагировать на внешние сигналы, — объясняет Хуан Перес-Бермехо, доктор философии, бывший постдокторант в лаборатории Конклина, который сыграл ключевую роль в разработке экспозиции. Он также является первым автором нового исследования.

Никакие другие клетки не могут сделать это так, чтобы стать центром экспозиции.

Наука о стволовых клетках в действии

Действительно, научная основа, которая делает возможной эту выставку, достойна всяческих похвал.

Старший научный сотрудник Гладстона Шинья Яманака, доктор медицины, доктор философии, стал пионером технологии, которая позволяет ученым перепрограммировать взрослые клетки в эмбриональное состояние. Эти клетки, известные как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), обладают способностью развиваться в любой вид клеток организма. Они лежат в основе быстро развивающейся области регенеративной медицины, а их огромный потенциал для преобразования медицины принес Яманаке Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2012 года.

Клетки человеческого сердца, представленные в экспозиции Exploratorium, когда-то были клетками кожи. Используя технологию Яманаки, ученые Gladstone перепрограммировали их в лаборатории, превратив в iPSC, а затем заставили их вырасти в другой тип клеток: кардиомиоциты, или клетки сердечной мышцы.

Команда Конклина часто использует ткани, созданные из клеток кожи пациентов, которые несут мутации болезни, и изучает их в лаборатории, чтобы лучше понять, что вызывает сердечно-сосудистые заболевания и как их лечить. Клетки, представленные на выставке, остались после экспериментов и, поскольку они были созданы для конкретных научных целей, не могут быть использованы для других исследований.

Наша цель заключалась в том, чтобы взять такой феномен, как бьющиеся клетки сердца, и создать удивительную, вызывающую удивление активность, которая позволит человеку, не обладающему биологическими знаниями, установить связь с биологическим миром, — говорит Ю.

Взаимодействие с живыми клетками сердца нравится не только посетителям. Конклин признается, что испытывает волнение каждый раз, когда заглядывает в блюдо.

Сначала, когда вы смотрите на них, вы ничего не видите, потому что ваш глаз не знает, куда смотреть, — объясняет он.

Но как только вы видите одну область движения, вы замечаете другие, понимаете, что эти клетки сердца бьются, и у вас по позвоночнику бегут мурашки. Это действительно волшебный момент, который передает волнение научного открытия.

Возможности благодаря партнерству

Клеточные линии человека чрезвычайно подвержены заражению, поэтому уход за ними требует особых навыков и опыта. Конклин благодарит высококвалифицированный персонал «Эксплораториума» за то, что выставка удалась.

Не каждый музей смог бы это сделать, — говорит он.

Существует много работы, связанной с поддержанием этих клеток, сохранением их здоровья и жизни, но в Эксплораториуме работают доктора наук в области молекулярной биологии. Они оказались прекрасными партнерами.

Ответственная за уход за клетками в экспозиции — Дана Каррисон-Стоун, биолог и заведующая лабораторией в Эксплораториуме. Она говорит, что после того, как клетки сердца бьются несколько месяцев, их нужно заменить новыми. К счастью, Глэдстон находится неподалеку.

Самый простой способ — приехать на велосипеде, — говорит Каррисон-Стоун, автор исследования.

Я упаковываю контейнер из пенопласта с сухим льдом, кладу его в рюкзак, сажусь на велосипед и еду в Гладстон, где встречаюсь с одним из ученых. Они проводят меня к резервуарам с жидким азотом, где хранятся клетки; я беру запасную партию, кладу ее в рюкзак и еду обратно в Эксплораториум, чтобы начать процесс оттаивания.

Тесное сотрудничество между Гладстоном и музеем делает выставку возможной, добавляет она: «Мы бы не смогли провести эту выставку без Гладстона. Ученые всегда готовы прийти на помощь, если у меня возникают вопросы или мне нужна помощь в устранении неполадок или решении проблем».

Ученые из Гладстона также помогают делиться креативными концепциями экспонатов и помогают Exploratorium демонстрировать передовые научные достижения, которые привлекут внимание широкой публики.

Большие идеи для музейных экспонатов часто приходят из таких мест, как Гладстон, — заключает Ю.

Ученые предлагают то, что находится на переднем крае научных рубежей, а мы думаем, как это можно воплотить для посетителей. Затем мы вместе работаем над тем, как воплотить это в жизнь. Гладстон предоставляет ресурсы, опыт и глубокие знания, на которые мы опираемся, чтобы создать для публики действительно удивительный опыт.

08.02.2024