Egy biomérnöki mérnökökből álló csapat kifejlesztett egy teljesen működő mesterséges emberi szívizmot, amelyet tapaszként lehet használni az elhalt szívizom helyreállítására.
A Duke Egyetem biomérnökei kifejlesztették a tapaszt, amelyet olyan emberi betegeknél lehet használni, akik korábban szívrohamot szenvedtek.
“Jelenleg gyakorlatilag az összes létező terápia a szívben már bekövetkezett károsodásból eredő tünetek csökkentésére irányul, de eddig egyetlen megközelítés sem volt képes pótolni az elvesztett izmot, mert ha egyszer elhalt, nem nő vissza magától” – mondta Ilia Shadrin, a Duke Egyetem biomérnöki doktorandusza és a tanulmány első szerzője a sajtóközleményben. “Ez egy módja annak, hogy az elvesztett izmot a testen kívül előállított szövetekkel pótoljuk.”
A szívrohamot követően a szív nem képes természetes módon regenerálódni. A hegszövet helyettesíti az elhalt izmot, és az elektromos jeleket már nem továbbítja az összehúzódásra, ami azt jelenti, hogy a szívverés nem lesz olyan erős vagy egyenletes, mint a szívroham előtt.
Amikor a szív nem képes regenerálódni, szívelégtelenség lép fel. A CDC szerint körülbelül 5,7 millió amerikai szenved szívelégtelenségben. A szívelégtelenséggel diagnosztizált emberek csaknem fele öt éven belül meghal.
Kutatók tesztelték, hogy csontvelőből, vérből vagy a szívből származó őssejteket használnak, és a sérült területre ültetik be őket a sérült izomzat pótlására. A befecskendezett sejtek kevesebb mint 1%-a képes azonban túlélni és a szívben maradni, és még kisebb részük válik szívizomsejtekké.
A halott szívizmok fölé beültetett szívtapaszok hosszabb ideig képesek aktívak maradni, miközben megadják a szívnek az elektromos jelek mozgásához szükséges erőt. A tapaszok olyan enzimeket és növekedési faktorokat is képesek kiválasztani, amelyek segítik a sérült, de még el nem pusztult szöveteket.
A Duke Egyetem által kifejlesztett szívtapasz az első olyan mesterséges szívizomtapasz, amely elég nagy ahhoz, hogy befedje a sérült területet, valamint elég erős és elektromosan aktív ahhoz, hogy lehetőség legyen az elhalt szívizomsejtek helyreállítására.
“Az egyedi szívizomsejtek létrehozása eléggé megszokott dolog, de az emberek eddig a miniatűr szövetek növesztésére összpontosítottak a gyógyszerfejlesztéshez” – mondta Nenad Bursac, a Duke Egyetem biomérnöki professzora. “A méretnövelés ilyen méretűre még soha nem történt meg, és sok mérnöki leleményt igényelt.”
A sejteket emberi pluripotens őssejtekből növesztették, amelyek a szervezet bármely sejttípusává képesek átalakulni. A szívsejtek képesek kardiomiocitákból, fibroblasztokból, endotél- és simaizomsejtekből tenyészteni. A sejtek, a tartószerkezetek, a növekedési faktorok, a tápanyagok és a tenyésztési körülmények megfelelő kombinációja képes megteremteni a megfelelő környezetet a nagy, teljesen működőképes emberi szívszöveti tapaszok növesztéséhez, egy olyan folyamat, amelyen a kutatócsoport évek óta dolgozik.
“Kiderült, hogy rendkívül fontos a minták ringatása, hogy fürödjenek és fröcsköljenek a tápanyagellátás javítása érdekében” – mondta Shadrin. “Háromszor-ötször jobb eredményeket értünk el a ringató kultúrákkal a statikus mintáinkhoz képest.”
Az eredmények jobbak voltak, mint más, korábban általuk kifejlesztett 1 és 4 négyzetcentiméteres tapaszoké. Miután a foltokat 16 négyzetcentiméteresre és öt-nyolc sejt vastagságúra növelték, a szívizom teljesen működőképesnek bizonyult, elektromos, mechanikai és szerkezeti tulajdonságokkal, amelyek egy normális, egészséges szívet utánoztak.
“Ezt rendkívül nehéz megvalósítani, mivel minél nagyobb a növesztett szövet, annál nehezebb fenntartani az azonos tulajdonságokat az egészben” – mondta Bursac. “Ugyanilyen nagy kihívást jelentett az is, hogy a szöveteket gyors, öt hetes időn belül felnőtt erősségűvé érleljük, miközben olyan tulajdonságokat érünk el, amelyekhez a normális emberi fejlődés során általában évek kellenek.”
A szívtapaszokat egér- és patkányszívekben tesztelték, és a beültetés után képesek voltak túlélni, vaszkularizálódni és működőképesek maradni. A kutatók szerint ahhoz, hogy a szívtapasz az elhalt szívizom életképes helyettesítője legyen emberi betegeknél, vastagabbnak kellene lennie annál, mint amit ők kifejlesztettek. A tapaszoknak vaszkularizálódniuk kell, hogy a sejtek elegendő oxigénhez és tápanyaghoz jussanak, hogy elég vastagok legyenek ahhoz, hogy működőképes legyen a szívizom az emberi szívben.
“Az ilyen teljes integráció nagyon fontos, nemcsak azért, hogy javítsuk a szív mechanikai pumpálását, hanem azért is, hogy biztosítsuk az elektromos hullámok egyenletes terjedését és minimalizáljuk a ritmuszavarok kockázatát” – mondta Shadrin.
“Mi is aktívan dolgozunk ezen, ahogy mások is, de egyelőre nagyon örülünk, hogy a “méret számít” részt megoldottuk” – mondta Bursac.
Sharon és Bursac az Alabamai Egyetem kutatóinak segítségével tervezi a tapaszok sertésszívekbe való beépítését, míg a Wisconsin-Madison Egyetem kutatói a szívtapaszokat alkotó fő sejttípusok létrehozására szolgáló továbbfejlesztett őssejtek kifejlesztésén fognak dolgozni, hogy minimalizálják az immunválaszt az implantátumokban.
A kutatás a Nature Communications című folyóiratban jelent meg, és a National Institutes of Health finanszírozta.
A kutatást a National Institutes of Health finanszírozta.