211service.com
Een hartpatch maken
Geconstrueerd hartweefsel heeft een constante toevoer van zuurstof en voedingsstoffen nodig om te overleven nadat het op het hart is geënt. In een poging om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev, de Universiteit van Tel-Aviv en het Soroka Universitair Medisch Centrum in Israël een methode ontwikkeld die het lichaam gebruikt als een bioreactor om werkende bloedvaten te bouwen in een biotechnologisch hart. lapje. De resultaten, deze week gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , vertegenwoordigen een cruciale stap in de richting van het genereren van een biotechnisch materiaal dat beschadigd hartweefsel kan herstellen.
Helend hart: Een week nadat het in de buik van een rat was geïmplanteerd, is dit kunstmatige hartweefsel (paars) geïnfiltreerd door functionele bloedvaten (holle ovalen) die rode bloedcellen (rode schijven) bevatten.
Verschillende laboratoria over de hele wereld hebben gewerkt aan manieren om levend hartweefsel te ontwikkelen door een driedimensionale steiger te zaaien met hartspiercellen of met stamcellen die kunnen worden overgehaald om deze hartmyocyten te vormen. Waar ze zich over het algemeen niet op hebben gefocust, zijn strategieën om de infrastructuur te creëren om deze myocyten te ondersteunen, zegt Frederick Schoen , hoogleraar gezondheidswetenschappen en technologie aan de Harvard Medical School en het Brigham and Women's Hospital. Die infrastructuur omvat bloedvaten die zuurstof naar de immigrantenmyocyten brengen terwijl ze proberen te integreren in het bestaande hartweefsel. Zonder die vasculaire ondersteuning zullen de meeste geïmplanteerde cellen afsterven.
In een gezond hart wordt elke afzonderlijke myocyt geflankeerd door twee haarvaten, zegt Gordana Vunjak-Novakovic , hoogleraar biomedische technologie aan de Columbia University. Bij implantaten zonder bloedvaten kunnen alleen de buitenste cellen zuurstof opnemen. Als gevolg hiervan zien deze patches eruit als een M&M-snoep, zegt Vunjak-Novakovic. Gezonde cellen aan de buitenkant, dode cellen aan de binnenkant.
Om vascularisatie in gemanipuleerde hartpatches aan te moedigen, injecteerden de Israëlische onderzoekers een met myocyten bezaaide scaffold met groeifactoren die de celoverleving en de groei van nieuwe bloedvaten bevorderen. Vervolgens implanteerden ze elke hartpleister in het omentum van een levende rat, het bloedvatrijke membraan dat de buikorganen verbindt en ondersteunt. Binnen een week waren de pleisters gevuld met rijpe bloedvaten. De onderzoekers sneden vervolgens de gevasculariseerde pleisters uit en transplanteerden ze op de harten van ratten met hartinfarcten. Een maand later bleken de pleisters niet alleen te overleven, maar ook goed geïntegreerd te zijn in het hartweefsel van de dieren. De pleisters verbeterden de hartactiviteit van de ratten, de myocyten vormden spiervezels die konden samentrekken, en de onderzoekers konden rode bloedcellen in de bloedvaten zien, wat betekent dat ook zij volledig functioneel waren, zegt Smadar Cohen, hoogleraar biotechnologie engineering aan de Ben-Gurion University en senior auteur van de studie.
Vunjak-Novakovic is enthousiast over het onderzoek. Ze hebben de natuur voor hen laten werken, zegt ze. En ze hebben aangetoond dat vasculaire toevoer het verschil maakt voor de functionaliteit van geconstrueerd hartweefsel.
In sommige opzichten kunnen de bloedvaten belangrijker zijn dan de myocyten. Dat is de olifant in de kamer waar we het meestal niet over hebben, zegt Schoen van Harvard. Niemand weet of de myocyten nodig zijn. Misschien als u iets kunt injecteren dat het beschadigde gebied van het hart revasculariseert, is dat misschien alles wat u nodig heeft.
Inderdaad, in de studie van Cohen vertoonden ratten die een gevasculariseerde pleister zonder myocyten kregen ook een verbetering in hun hartfunctie. Deze myocytvrije pleisters zijn ook geïntegreerd in het lokale weefsel en verdikken het litteken dat overblijft na een infarct. Die versterking alleen kan een deel van het uitrekken van de beschadigde hartspierwand verlichten en zo de contractiliteit verbeteren, zegt Cohen.
Met of zonder myocyten is de aanpak nog niet klaar voor de kliniek. Het is een belangrijke onderzoeksvooruitgang die een benadering aantoont om het vaatstelsel in een geconstrueerd weefsel te laten groeien, zegt Schoen. Maar we zijn niet significant dichter bij het maken van kunstmatige hartspierpleisters voor patiënten met een hartaandoening. Ten eerste vereist de strategie twee operatierondes: één om de pleister in de buik te implanteren en een tweede om deze naar het hart te verplaatsen. En Cohen wijst erop dat patiënten met coronaire aandoeningen over het algemeen niet in staat zijn om dat soort invasieve behandeling te tolereren.
Maar het model zou wetenschappers kunnen helpen de moleculaire mechanismen die vascularisatie aansturen beter te begrijpen - en dat zou de groei van een kant-en-klare pleister met bloedvaten op hun plaats voorafgaand aan implantatie mogelijk kunnen maken. Beter nog, zegt Cohen, zou een materiaal zijn dat regeneratie in het hart zelf zou kunnen veroorzaken - iets waar zij en haar collega's aan werken. Ik denk dat al deze benaderingen technisch mogelijk moeten zijn, zegt Cohen. We moeten gewoon meer goede wetenschap doen om de beste te vinden.