211service.com
Een biologische vervanging voor pacemakers
Elk jaar krijgen ongeveer 200.000 mensen in de Verenigde Staten een pacemaker - maar met een op batterijen werkende machine is het hart verre van optimaal, vooral voor kinderen, omdat het herhaalde operaties vereist.
Geconstrueerd weefsel zorgt voor een elektrische verbinding tussen de atria (niet getoond) en ventrikels (links). De geïmplanteerde cellen verschijnen alleen in groen, terwijl de hartcellen in rood en groen zijn. Dergelijke weefsel-engineered implantaten zouden in de plaats kunnen komen van pacemakers. (Met dank aan Douglas Cowan, Children's Hospital Boston.)
Volgens nieuwe bevindingen zouden spiercellen uit het eigen weefsel van een patiënt ooit kunnen worden gebruikt om bepaalde hartproblemen te behandelen. Wetenschappers van het Children's Hospital Boston hebben een manier bedacht om skeletspiercellen te laten groeien die, wanneer ze in het hart van ratten worden geïmplanteerd, de vitale elektrische signalen van het hart doorgeven. De therapie zou uiteindelijk mensen met abnormale hartritmes kunnen helpen.
Wanneer het hart klopt, worden eerst elektrische pulsen gegenereerd aan de bovenkant van het hart en verspreiden deze zich door de spier, waardoor de bovenste kamers van het hart samentrekken. Het signaal bereikt dan een klein stukje weefsel, de atrioventriculaire (AV) knoop genoemd, en vertraagt een fractie van een seconde, waardoor de onderste kamers, of ventrikels, van het hart zich met bloed kunnen vullen. Het signaal wordt vervolgens doorgegeven aan de ventrikels, waardoor ze kunnen samentrekken.
Helaas gaat de functie van de AV-knoop soms mis. Bij patiënten met een aandoening die bekend staat als een volledig hartblok, dat kan worden veroorzaakt door een van de volgende factoren: hartziekte, een ontwikkelingsstoornis of letsel tijdens een operatie, is de AV-knoop voldoende beschadigd zodat het elektrische signaal niet van de bovenste naar de lagere kamers en het hart functioneert niet goed.
Pacemakers die in het hart worden geïmplanteerd, kunnen het probleem vaak oplossen - ze voelen het elektrische signaal in de bovenste kamer van het hart en stimuleren vervolgens de onderste kamer om samen te trekken. Maar bij kinderen hebben pacemakers bepaalde nadelen. Het kind kan het apparaat snel ontgroeien en de batterijen moeten om de drie tot vijf jaar worden vervangen, waardoor herhaalde operaties nodig zijn. We wilden proberen een [cellulaire] elektrische brug te maken voor kinderen met AV-knoopproblemen, zegt Douglas Cowen , een celbioloog in het kinderziekenhuis die de nieuwe studie leidde.
Een van de grote voordelen van een biologisch alternatief voor een pacemaker is dat het met het kind meegroeit, zegt David Lathrop, leider van de aritmieonderzoeksgroep van het National Heart Lung and Blood Institute , een afdeling van de National Institutes of Health in Bethesda, MD.
Andere groepen ontwikkelen ook biologische alternatieven voor pacemakers. Maar de techniek van Cowen kan voordelen bieden, omdat deze de eigen elektrische signalen van het hart rechtstreeks verzendt, in plaats van een nieuw elektrisch signaal te genereren, zoals een pacemaker doet. De benadering die Cowen hanteert, lijkt meer op de normale geleidingsroute van het hart, zegt Lathrop. Het is op dit moment te vroeg om te zeggen wat beter is. Hij voegt eraan toe dat beide technieken verder moeten worden ontwikkeld en dat ze nog jaren verwijderd zijn van klinische tests.
Cowen en team namen skeletspiercellen van ratten en brachten ze over naar een speciaal ontworpen collageensteiger. Wanneer ze zich in de steiger bevinden, richten de cellen zich op een leiding en brengen ze een eiwit tot expressie dat kleine poriën tussen de cellen creëert, waardoor ze elektrische signalen kunnen verzenden.
Toen secties van dit gemanipuleerde weefsel in rattenharten werden getransplanteerd, integreerden de nieuwe cellen in het bestaande hartweefsel en maakten elektrische verbindingen met bestaande cellen. (De ratten hadden geen hartblok; Cowen zegt dat rattenharten te klein zijn om pacemakers te hebben, die nodig zijn om een rat met een hartblok lang genoeg in leven te houden om de cellen te transplanteren.) De onderzoekers gebruikten optische beeldvorming van het hart om aan te tonen dat de nieuwe cellen waren elektrisch actief en vormden in wezen een alternatief geleidingscircuit. De resultaten verschijnen in het juli-nummer van de American Journal of Pathology .
Cowan en zijn team zijn nog steeds bezig met het oplossen van problemen in de therapie. Ze moeten een celimplantaat ontwerpen dat de korte vertraging van de AV-knoop nabootst, wat cruciaal is voor een goede werking van het hart. Ze testen nu verschillende soorten cellen, zoals stamcellen uit bloed of beenmerg, die zouden kunnen worden gericht om te differentiëren tot een cel die meer op een hartcel lijkt. De wetenschappers kozen aanvankelijk voor skeletspiercellen omdat ze een gemakkelijk te verkrijgen hulpbron zijn - dergelijke cellen kunnen worden verkregen van patiënten die een pacemaker nodig hebben door middel van een routinematige spierbiopsie en hoeven niet onder speciale omstandigheden te worden gekweekt, zoals het geval is met stamcellen .
De onderzoekers testen de therapie ook bij grotere dieren, wiens harten meer lijken op die van mensen. Ze zullen bij deze dieren een hartblokkade veroorzaken en ze implanteren met zowel pacemakers als geconstrueerd skeletweefsel om te bepalen of het gemanipuleerde weefsel de pacemaker kan overnemen.
Hoe minder hardware je in iemand stopt, hoe beter, zegt Ivan Vesely, een biomedisch ingenieur die gespecialiseerd is in hartweefseltechniek in het Children's Hospital Los Angeles. Dus als het enige probleem een ontbrekend geleidingspad is, is het heel logisch om te proberen dat pad opnieuw te ontwerpen, in plaats van het hele hart over te dragen aan een pacemaker.