Rosnące nowe serca ze starych

Naukowcy z University of Minnesota zrobili duży krok w kierunku tworzenia narządów zastępczych z komórkami biorców. W eksperymentach przeprowadzonych na szczurach i świniach naukowcy pozbawili ich komórek serca dawców, aby stworzyć rusztowania, na których hodowano komórki biorców. Istnieje nadzieja, że ​​podobne podejście może kiedyś okazać się przydatne dla pacjentów ze schyłkową chorobą serca. Teoretycznie te nowe serca mogą okazać się lepsze niż tradycyjne serca dawców, ponieważ są mniej podatne na wywoływanie odpowiedzi immunologicznej.

Puste serce: Naukowcy stworzyli nowe serca, wykorzystując jako rusztowania odkomórkowione serca szczurów i świń. W tej serii serce zawierające komórki (na górze) staje się rusztowaniem pozbawionym komórek (na dole).

To odważna, odważna, ekscytująca praca, mówi Kolego Ratnera , profesor bioinżynierii i inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Waszyngtońskim, który nie był zaangażowany w badania. Nadal jednak istnieją znaczne przeszkody, zanim podejście to będzie miało zastosowanie do ludzkich pacjentów.

To tylko pierwszy dowód koncepcji, pokazujący, że próba usunięcia komórek z całego serca i ponownego zasiedlenia go nowymi komórkami nie jest całkowicie szalona, ​​mówi Doris Taylor , dyrektor Center for Cardiovascular Repair na University of Minnesota. Praca jej zespołu została opublikowana wczoraj w Medycyna natury online.

Aby stworzyć pozbawione komórek rusztowania, Taylor i jej zespół perfundowali szczurze serca detergentami. Po usunięciu komórek pozostała złożona architektura białej macierzy zewnątrzkomórkowej. Anatomia komór serca wydawała się nienaruszona, podobnie jak zastawki i naczynia krwionośne, mówi Taylor.

Multimedialne

• Zobacz, jak Doris Taylor i jej zespół tworzą nowe serca.

Naukowcy ponownie obsadzili rusztowania komórkami serca i śródbłonka pobranymi od szczurów. Następnie umieścili te konstrukty w bioreaktorach, które symulowały ciśnienie krwi, stymulację elektryczną i inne aspekty fizjologii serca. Chcieliśmy potraktować komórki tak, jakby znajdowały się w sercu i sprawdzić, czy zachowują się odpowiednio, mówi Taylor. Po czterech dniach komórki w sercach zaczęły się kurczyć. Według artykułu, po ośmiu dniach serca były w stanie pompować z około 2 procentami siły serca dorosłego szczura.

Jest to ostateczne biomimetyczne podejście do inżynierii tkanek serca, mówi Gordana Vunjak-Novakovic , profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Columbia. Mówi, że odkomórkowiona macierz całego serca stanowi praktycznie idealne rusztowanie, ponieważ zachowuje znaczną część składu, struktury i właściwości mechanicznych serca.

Teoretycznie, gdyby serca można było zrobić w ten sposób dla ludzkich pacjentów, mogłyby one stanowić alternatywę dla tradycyjnych serc dawców. Teoretycznie pacjenci nie musieliby przyjmować leków immunosupresyjnych, ponieważ nowe konstrukty byłyby budowane z ich własnych komórek.

Jednak metoda ta wymagałaby serca ze zwłok (lub ewentualnie serca świni), z którego można by wykonać rusztowanie. Nadal potrzeba serca, aby stworzyć serce, a w tej chwili nie możemy oszczędzić żadnego serca, mówi Ratner.

Kolejnym wyzwaniem byłoby zabezpieczenie odpowiednich ludzkich komórek – w wystarczającej ilości – do ponownego zasiedlenia rusztowania. Dorosłe komórki mięśnia sercowego lub kardiomioktyje nie proliferują, mówi Vunjak-Novakovic. Nie można też wytworzyć tych komórek z łatwo dostępnych źródeł, takich jak komórki dorosłe pochodzące ze szpiku kostnego. Rezydentne komórki macierzyste są potencjalnym źródłem, ale jest ich mało. Możliwe są również embrionalne komórki macierzyste, ale muszą one zostać skierowane do różnicowania w pożądaną tkankę i dostosowane, aby mogły zostać zaakceptowane przez pacjentów.

Dodatkowe wyzwania, które mogą okazać się trudniejsze dla większych ludzkich serc, obejmują załadowanie rusztowania odpowiednią liczbą komórek, utrzymywanie komórek przy życiu wystarczającą ilością składników odżywczych i tlenu oraz zapewnienie im prawidłowego dojrzewania.

Stworzenie serca, które będzie stabilne elektrycznie przez długi czas, również może być trudne, mówi Richard Lee , kardiolog w Brigham and Women’s Hospital w Bostonie oraz profesor w Harvard Medical School.

Ponadto serce musiałoby istnieć in vivo przez długi czas bez powodowania zakrzepów krwi lub udarów. Przed nami długa droga, zanim naprawdę poczujesz, że leczenie pacjentów jest na horyzoncie, mówi Lee.

W ostatnich latach bardzo rozpowszechniły się badania nad inżynierią tkankową serca. Wiele grup używa obecnie komórek w połączeniu z różnymi rodzajami materiałów rusztowań, aby próbować zrekonstruować strukturę tkanki naczyniowej lub sercowej.

Podczas gdy serce przewidziane przez Taylora może być alternatywą dla przeszczepu dla niektórych pacjentów ze schyłkową chorobą serca lub zastoinową niewydolnością serca, inne prace mają na celu naprawę zlokalizowanych obszarów uszkodzeń, takich jak te spowodowane zawałem mięśnia sercowego lub zawałem serca.

Na przykład kilka grup pracuje obecnie nad łatami nasercowymi, które są pasmami zmodyfikowanej tkanki, które można chirurgicznie nakładać na uszkodzony obszar serca w celu przywrócenia jego funkcji.

Naukowcy pracujący nad łatami nasercowymi stają przed tymi samymi wyzwaniami, co grupa Taylora: zabezpieczaniem odpowiednich komórek, hodowaniem ich na rusztowaniu i pomyślną integracją z ciałem, mówi Vunjak-Novakovic. Jej grupa zajmuje się opracowywaniem plastrów przy użyciu ludzkich dorosłych komórek macierzystych i ludzkich embrionalnych komórek macierzystych w celu rewaskularyzacji i odbudowy struktury serca w obszarze uszkodzonym przez atak serca. Plastry nasercowe okazały się obiecujące w badaniach na zwierzętach, ale nie zostały jeszcze przetestowane w badaniach na ludziach.

Taylor mówi, że technologia odkomórkowionego serca jej zespołu może być również wykorzystana do stworzenia części serca, takiej jak ściana lub komora, lub fragmentu tkanki, który można wykorzystać jako łatkę.

Innym podejściem jest wstrzykiwanie komórek do uszkodzonych obszarów serca z nadzieją na odbudowę lub naprawę tkanki serca i układu naczyniowego. Lee mówi, że wstrzykiwanie komórek szpiku kostnego do tętnic serca wykazało pewien sukces w poprawie frakcji wyrzutowej (procent krwi wyrzucanej z każdym uderzeniem) i innych miarach czynności serca w badaniach klinicznych na ludziach.

Biorąc pod uwagę ogromną liczbę pacjentów potrzebujących nowych opcji, dodaje Lee, wszystko powinno być na stole. Nie możemy zrezygnować z żadnego podejścia, bez względu na to, jak dzikie lub nieprawdopodobne, dopóki nie otrzymamy lepszej terapii dla tych ludzi.

ukryć