211service.com
Biologiczny zamiennik rozruszników serca
Każdego roku około 200 000 osób w Stanach Zjednoczonych otrzymuje rozruszniki serca – ale posiadanie urządzenia na baterie do sterowania sercem jest dalekie od optymalnego, zwłaszcza dla dzieci, ponieważ wymaga powtórnych operacji.
Zaprojektowana tkanka zapewnia połączenie elektryczne między przedsionkami (nie pokazano) a komorami (po lewej). Wszczepione komórki pojawiają się same w kolorze zielonym, podczas gdy komórki sercowe są w kolorze czerwonym i zielonym. Takie implanty z inżynierii tkankowej mogą zastąpić rozruszniki serca. (Dzięki uprzejmości Douglasa Cowana, Szpital Dziecięcy w Bostonie.)
Zgodnie z nowymi odkryciami komórki mięśniowe z własnej tkanki pacjenta mogą pewnego dnia zostać wykorzystane do leczenia niektórych problemów z sercem. Naukowcy ze Szpitala Dziecięcego w Bostonie opracowali sposób na hodowlę komórek mięśni szkieletowych, które po wszczepieniu do serca szczura przekazują istotne sygnały elektryczne serca. Terapia może ostatecznie pomóc osobom z nieprawidłowym rytmem serca.
Kiedy serce bije, impulsy elektryczne są najpierw generowane w górnej części serca i rozchodzą się przez mięsień, powodując kurczenie się górnych komór serca. Sygnał dociera następnie do małego kawałka tkanki, zwanego węzłem przedsionkowo-komorowym (AV) i zwalnia na ułamek sekundy, umożliwiając wypełnienie dolnych komór lub komór serca krwią. Sygnał jest następnie przekazywany do komór, co pozwala im się kurczyć.
Niestety, funkcja węzła AV czasami nie działa. U pacjentów ze stanem zwanym całkowitym blokiem serca, który może być wywołany przez jeden z kilku czynników: chorobę serca, wadę rozwojową lub uraz podczas operacji, węzeł AV jest na tyle uszkodzony, że sygnał elektryczny nie jest przesyłany z górnego do dolnych komór, a serce nie funkcjonuje prawidłowo.
Stymulatory wszczepione do serca często mogą rozwiązać problem – wyczuwają sygnał elektryczny w górnej komorze serca, a następnie stymulują dolną komorę do skurczu. Ale u dzieci rozruszniki serca mają pewne wady. Dziecko może szybko wyrosnąć z urządzenia, a baterie należy wymieniać co trzy do pięciu lat, co wymaga powtórnych operacji. Chcieliśmy spróbować stworzyć [komórkowy] mostek elektryczny dla dzieci z problemami z węzłem AV, mówi Douglas Cowen , biolog komórkowy ze Szpitala Dziecięcego, który kierował nowym badaniem.
Jedną z głównych zalet biologicznej alternatywy dla rozrusznika serca jest to, że będzie on rósł wraz z dzieckiem, mówi David Lathrop, lider grupy badawczej zajmującej się arytmiami w Narodowy Instytut Serca Płuc i Krwi , oddział National Institutes of Health w Bethesda, MD.
Inne grupy również opracowują biologiczne alternatywy dla rozruszników serca. Ale technika Cowena może mieć zalety, ponieważ przekazuje bezpośrednio własne sygnały elektryczne serca, a nie generuje nowy sygnał elektryczny, jak robi to rozrusznik serca. Podejście Cowena bardziej przypomina normalną ścieżkę przewodzenia serca, mówi Lathrop. Jest za wcześnie, aby powiedzieć, co jest lepsze w tym momencie. Dodaje, że obie techniki wymagają dalszego rozwoju i są lata od testów klinicznych.
Cowen i zespół pobrali komórki mięśni szkieletowych od szczurów i przenieśli je na specjalnie zaprojektowane rusztowanie kolagenowe. W rusztowaniu komórki układają się w kanał i wytwarzają białko, które tworzy małe pory między komórkami, umożliwiając im przesyłanie sygnałów elektrycznych.
Kiedy sekcje tej zmodyfikowanej tkanki zostały przeszczepione do serca szczura, nowe komórki zintegrowały się z istniejącą tkanką serca, tworząc połączenia elektryczne z istniejącymi komórkami. (Szczury nie miały bloku serca; Cowen mówi, że szczurze serca są zbyt małe, aby mieć rozruszniki, które są niezbędne do utrzymania przy życiu szczura z blokiem serca wystarczająco długo, aby przeszczepić komórki.) Naukowcy wykorzystali obrazowanie optyczne serca, aby pokazać, że nowe komórki były aktywne elektrycznie, zasadniczo tworząc alternatywny obwód przewodzący. Wyniki ukazują się w lipcowym numerze American Journal of Pathology .
Cowan i zespół wciąż pracują nad pewnymi problemami w terapii. Muszą zaprojektować implant komórkowy, który będzie naśladował krótkie opóźnienie węzła AV, co ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania serca. Obecnie testują różne typy komórek, takie jak komórki macierzyste z krwi lub szpiku kostnego, które można skierować na różnicowanie się w komórkę bardziej przypominającą komórkę serca. Naukowcy początkowo wybrali komórki mięśni szkieletowych, ponieważ są one łatwo dostępnym zasobem – takie komórki można uzyskać od pacjentów potrzebujących rozrusznika serca poprzez rutynową biopsję mięśnia i nie trzeba ich hodować w specjalnych warunkach, jak w przypadku komórek macierzystych .
Naukowcy testują również terapię na większych zwierzętach, których serca bardziej przypominają ludzkie. Będą indukować blok serca u tych zwierząt i wszczepiają im zarówno rozruszniki serca, jak i tkankę szkieletową, aby ustalić, czy tkanka zmodyfikowana może przejąć kontrolę nad rozrusznikiem.
Im mniej sprzętu włożysz, tym lepiej, mówi Ivan Vesely, inżynier biomedyczny, który specjalizuje się w inżynierii tkanek serca w Szpitalu Dziecięcym w Los Angeles. Jeśli więc jedynym problemem jest brakująca ścieżka przewodzenia, warto spróbować przeprojektować tę ścieżkę, zamiast przekazywać całe serce rozrusznikowi serca.