Один из самых известных научных музеев страны, «Эксплораториум» Сан-Франциско, расположен менее чем в трех милях к северу от Институтов Гладстона. Эта близость привела к творческому, научному сотрудничеству, подобному постоянной экспозиции, представленной в последнем выпуске « Stem Cell Reports» .
Среди самых популярных экспонатов музея выставка «Дайте сердечным клеткам биться» открывает редкое окно в микроскопический мир бьющегося человеческого сердца, используя технологии и материалы, ставшие возможными благодаря науке и опыту Гладстона. С помощью выставки команда создала первый интерактивный музейный опыт, который позволяет публике напрямую взаимодействовать с живыми кардиомиоцитами.
«Это похоже на то, как будто вы смотрите на себя сквозь призму, потому что такие 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 приближаются к выставке, на огромном мониторе проецируется видео, показывающее бьющиеся клетки сердца — целых 200 000. Посетители держат датчики на руле перед экраном и чувствуют пульс руками. Затем, через несколько секунд, они наблюдают, как сердечные клетки на экране начинают биться синхронно с их собственным сердцем.
Дана Каррисон-Стоун из Exploratorium объясняет, как интерактивная выставка способна синхронизировать сердцебиение посетителей с живыми клетками сердца, размещенными в музее. Фото: Отчеты о стволовых клетках (2024 г.). DOI: 10.1016/j.stemcr.2024.01.004
«Сопоставление очень маленьких ячеек в чашке с очень большим изображением на экране выглядит весьма эффектно», — говорит Ю.
Брюс Конклин, доктор медицинских наук, старший исследователь в Гладстоне, сотрудничает с Ю и другими в Эксплораториуме более 15 лет, задолго до открытия выставки в 2019 году. Фактически, идея выставки сердца пришла от ученого из Конклина. лаборатории — и все началось с, казалось бы, простого вопроса: можно ли взять из лаборатории бьющиеся клетки сердца и найти способ синхронизировать их с сердцами посетителей?
«Мы всегда ищем природный феномен, который позволит посетителю немедленно ощутить что-то живое», — говорит Ю. «Это невероятно сложно сделать в больших масштабах, поэтому эта идея просто кричала о том, чтобы ее воплотили в жизнь, хотя мы знали, что это будет невероятно сложно».
Ю и Конклин вместе со своими командами делятся своим опытом запуска и проведения выставки сердцебиения в новом исследовании, опубликованном в журнале Stem Cell Reports . Насколько им известно, это первая интерактивная музейная выставка, в которой используются живые клетки сердца человека, которые в данном случае получены из клеток кожи взрослого человека, а затем преобразованы в клетки сердца в Гладстоне с использованием технологии стволовых клеток.
«Так подробно делясь нашим опытом, мы надеемся, что выставка послужит моделью, которая вдохновит будущие отношения между научными кругами и общественными научными учреждениями по всему миру», — говорит Конклин. «Нам удалось создать очень мощный и интересный опыт, который вызывает дискуссию о сердце и здоровье, а также о науке о стволовых клетках».
Сердце выставки
В ходе интервью с посетителями музея, которые взаимодействовали с выставкой, Эксплораториум обнаружил, что 90% из них сообщили, что больше думают о своем сердце, 30% отметили технологию, лежащую в основе выставки, а 20% конкретно упомянули стволовые клетки. Кроме того, посетители дольше интересовались выставкой сердечных клеток, чем 37 другими экспонатами, говорится в журнальной статье.
Фото: Институты Гладстона.
Важно отметить, что посетители также могут узнать, как работает выставка: их учат, что частота сердечных сокращений передается в виде электрического сигнала от датчиков на руле на лабораторную чашку, в которой хранятся живые клетки сердца, расположенные за окном на расстоянии нескольких футов. Когда клетки получают сигнал, они начинают биться в такт с сердцем посетителя. Написанные на мониторе сигналы побуждают посетителей увеличивать или уменьшать частоту сердечных сокращений, чтобы увидеть, как реагируют клетки, или приглашают друга использовать руль для сравнения частоты сердечных сокращений.
«Всегда интересно наблюдать за реакцией посетителей», — говорит Ю. «Мы видим, как они прыгают и бегают на месте, чтобы повысить частоту сердечных сокращений, что быстро отражается на видеоизображении. Лучше всего, когда они жестом приглашают своих друзей подойти и попробовать этот опыт самостоятельно».
Она говорит, что это требует гораздо меньше объяснений, чем другие типы биологических явлений, потому что наше сердцебиение — это то, что мы ощущаем всю жизнь: «Хотя у вас никогда не будет возможности взглянуть на свои собственные живые клетки сердца, вы чувствуете их каждый день. Эта выставка позволяет посетителям вести электрический диалог с этими клетками».
Несмотря на многочисленные проблемы, не последней из которых является сохранение живых клеток сердца в блюде в течение многих месяцев, оказывается, что клетки сердца уникальны в своей способности взаимодействовать с посетителями.
«Клетки сердца в реальном времени ведут себя динамично, то есть бьются, и они могут реагировать на внешние сигналы», — объясняет Хуан Перес-Бермехо, доктор философии, бывший научный сотрудник лаборатории Конклина, сыгравший ключевую роль в разработке выставка. Он также является первым автором нового исследования. «Никакие другие клетки не могут сделать это таким образом, чтобы стать центром выставки».
Наука о стволовых клетках в действии
Действительно, лежащая в основе науки наука, которая делает эту выставку возможной, просто достойна награды.
Старший исследователь Гладстона Шинья Яманака, доктор медицинских наук, стал пионером в технологии, которая позволяет ученым перепрограммировать взрослые клетки в эмбриональное состояние. Эти клетки, известные как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (или ИПСК), обладают способностью развиваться в клетки любого типа в организме. Они являются основой быстрорастущей области регенеративной медицины, а их огромный потенциал для преобразования медицины принес Яманаке Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2012 года.
Клетки человеческого сердца на выставке «Эксплораториум» когда-то были клетками кожи. Используя технологию Яманаки, ученые Гладстона перепрограммировали их в лаборатории, чтобы они стали иПСК, а затем заставили их вырасти в клетки другого типа: кардиомиоциты или клетки сердечной мышцы.
Команда Конклина часто использует ткани, созданные из клеток кожи пациентов, несущих болезненные мутации, и изучает ткани в лаборатории, чтобы лучше понять, что вызывает сердечно-сосудистые заболевания и как их лечить. Клетки на выставке остались после экспериментов, и, поскольку они были разработаны для конкретных исследовательских целей, их нельзя использовать для других исследований.
«Наша цель состояла в том, чтобы взять такой феномен, как биение сердечных клеток, и создать удивительное, впечатляющее занятие, которое позволит человеку, не имеющему биологических знаний, установить связь с биологическим миром», — говорит Ю.
Фото: Институты Гладстона.
Не только посетители наслаждаются чудом взаимодействия с живыми клетками сердца. Конклин признается, что испытывает трепет каждый раз, когда заглядывает в блюдо.
«Поначалу, 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 и понимаете, что эти сердечные клетки бьются, и у вас по спине пробегает холодок. Это действительно волшебный момент, который передает волнение научного открытия».
Возможно через партнерство
Линии клеток человека чрезвычайно восприимчивы к загрязнению, поэтому уход за ними требует очень специфических навыков и опыта. Конклин благодарит высококвалифицированный персонал Эксплораториума за успех выставки.
«Не каждый музей может это сделать», — говорит он. «Есть много работы, которая направлена на поддержание этих клеток, поддержание их здоровья и жизни, но на самом деле в «Эксплораториуме» есть доктора наук в области молекулярной биологии. Они были потрясающими партнерами».
За присмотр за клетками на выставке отвечает Дана Кэррисон-Стоун, биолог и заведующая лабораторией Эксплораториума. Она говорит, что после того, как клетки сердца начнут работать в течение нескольких месяцев, их необходимо заменить новыми клетками. К счастью, Гладстон находится неподалеку.
«Самый простой способ — переехать на велосипеде», — говорит Каррисон-Стоун, автор исследования. «Я упаковываю пенопластовый контейнер с сухим льдом, кладу его в рюкзак, сажусь на велосипед и еду в Гладстон, где встречаюсь с одним из ученых. Они отводят меня к резервуарам с жидким азотом, где хранятся клетки; я возьму запасную партию, положу ее в рюкзак и поеду обратно в Эксплораториум, чтобы начать процесс оттаивания».
Тесное сотрудничество Гладстона и музея делает выставку возможной; она добавляет: «Мы не смогли бы провести эту выставку без Гладстона. Ученые всегда рядом, если у меня есть вопросы или мне нужна помощь в устранении неполадок или решении проблем».
Ученые Гладстона также помогают, делясь творческими концепциями экспонатов и помогая Эксплораториуму демонстрировать передовые научные достижения, которые привлекут широкую публику.
«Большие идеи для музейной экспозиции часто приходят из таких мест, как Гладстон», — говорит Ю. «Ученые предлагают то, что находится на переднем крае научных достижений, и мы думаем о том, как это можно воплотить в впечатлениях посетителей. Затем мы работаем вместе, чтобы увидеть, как это осуществить. Гладстон предоставляет ресурсы, опыт и глубокие знания. на что мы действительно опираемся, чтобы мы могли создать действительно потрясающий опыт для публики».
