211service.com
Nieuwe harten laten groeien vanuit het oude
Wetenschappers van de Universiteit van Minnesota hebben een grote stap gezet in de richting van het maken van vervangende organen met de cellen van de ontvangers. In experimenten op ratten en varkens hebben de onderzoekers donorharten van hun cellen ontdaan om steigers te maken waarop de cellen van de ontvangers werden gekweekt. De hoop is dat een vergelijkbare aanpak ooit nuttig kan zijn voor menselijke patiënten met hartziekte in het eindstadium. In theorie zouden deze nieuwe harten beter kunnen blijken te zijn dan traditionele donorharten, omdat ze minder snel een immuunrespons veroorzaken.
Een leeg hart: Onderzoekers hebben nieuwe harten gemaakt met behulp van gedecellulariseerde ratten- en varkensharten als steigers. In deze serie wordt een hart met cellen (boven) een steiger ontdaan van cellen (onder).
Het is een gedurfd, gedurfd, opwindend stuk werk, zegt Buddy Ratner , een professor in bio-engineering en chemische technologie aan de Universiteit van Washington, die niet betrokken was bij het onderzoek. Toch zijn er nog aanzienlijke hindernissen voordat de benadering van toepassing kan zijn op menselijke patiënten.
Dit is slechts een eerste proof of concept, waaruit blijkt dat het niet helemaal gek is om te proberen een heel hart te ontcellen en het opnieuw te bevolken met nieuwe cellen, zegt Doris Taylor , directeur van het Center for Cardiovascular Repair aan de Universiteit van Minnesota. Het werk van haar team is gisteren gepubliceerd in Natuurgeneeskunde online.
Om van cellen ontdane steigers te maken, hebben Taylor en haar team rattenharten geperfuseerd met wasmiddelen. Toen de cellen werden verwijderd, bleef een complexe architectuur van witte extracellulaire matrix over. De anatomie van de hartkamers leek intact, net als de kleppen en bloedvaten, zegt Taylor.
multimedia
Kijk hoe Doris Taylor en haar team nieuwe harten maken.
De onderzoekers herzaaiden de steigers met hart- en endotheelcellen van ratten. Vervolgens plaatsten ze deze constructies in bioreactoren die bloeddruk, elektrische stimulatie en andere aspecten van hartfysiologie simuleerden. We wilden de cellen behandelen alsof ze in een hart zaten en kijken of ze zich daarnaar gedroegen, zegt Taylor. Na vier dagen begonnen de cellen in de harten samen te trekken. Na acht dagen waren de harten in staat om te pompen met ongeveer 2 procent van de kracht van een volwassen rattenhart, volgens de krant.
Dit is de ultieme biomimetische benadering van cardiale weefselengineering, zegt: Gordana Vunjak-Novakovic , een professor in biomedische technologie aan de Columbia University. Een van cellen ontdane matrix van het hele hart biedt praktisch een ideale basis, zegt ze, omdat het veel van de samenstelling, structuur en mechanische eigenschappen van het hart behoudt.
Als harten op deze manier voor menselijke patiënten gemaakt zouden kunnen worden, zouden ze in theorie een alternatief kunnen bieden voor traditionele donorharten. Theoretisch zouden patiënten geen immunosuppressiva hoeven te nemen, omdat de nieuwe constructies met hun eigen cellen zouden worden gebouwd.
Toch zou de methode een kadaverhart (of mogelijk een varkenshart) nodig hebben om de steiger te maken. Er is nog steeds een hart voor nodig om een hart te maken, en we kunnen momenteel geen harten missen, zegt Ratner.
Een andere uitdaging zou het veiligstellen van geschikte menselijke cellen zijn - in voldoende hoeveelheden - om de steiger opnieuw te bevolken. Volwassen hartspiercellen, of cardiomyoctyes, prolifereren niet, zegt Vunjak-Novakovic. Evenmin kunnen deze cellen worden gemaakt van gemakkelijk verkrijgbare bronnen zoals volwassen cellen die zijn afgeleid van beenmerg. Resident stamcellen zijn een potentiële bron, maar ze zijn niet talrijk. Embryonale stamcellen zijn ook een mogelijkheid, maar ze moeten worden gericht om te differentiëren in een gewenst weefsel en aangepast om door patiënten te worden geaccepteerd.
Bijkomende uitdagingen, die moeilijker kunnen blijken voor grotere menselijke harten, zijn onder meer het laden van de steiger met het juiste aantal cellen, de cellen in leven houden met voldoende voedingsstoffen en zuurstof, en ze goed laten rijpen.
Het creëren van een hart dat gedurende lange tijd elektrisch stabiel is, kan ook moeilijk zijn, zegt Richard Lee , een cardioloog in het Brigham and Women's Hospital, in Boston, en een professor aan de Harvard Medical School.
Bovendien zou het hart lange tijd in vivo moeten kunnen bestaan zonder bloedstolsels of beroertes te veroorzaken. Er is nog een lange weg te gaan voordat je echt het gevoel hebt dat dit in het verschiet ligt voor de behandeling van patiënten, zegt Lee.
In de afgelopen jaren is het onderzoek naar cardiale tissue engineering enorm toegenomen. Veel groepen gebruiken nu cellen in combinatie met verschillende soorten steigermateriaal om te proberen de vasculaire of hartweefselstructuur te reconstrueren.
Terwijl het hart dat Taylor voor ogen had een alternatief voor transplantatie zou kunnen zijn voor sommige patiënten met hartziekte in het eindstadium of congestief hartfalen, is ander werk gericht op het herstellen van gelokaliseerde gebieden van schade, zoals die veroorzaakt door een myocardinfarct of een hartaanval.
Verschillende groepen werken momenteel bijvoorbeeld aan hartpatches, dit zijn banden van geconstrueerd weefsel die operatief kunnen worden aangebracht over een beschadigd deel van het hart om de functie ervan te helpen herstellen.
Onderzoekers die aan hartpatches werken, staan voor dezelfde uitdagingen als de groep van Taylor: het beveiligen van geschikte cellen, ze op een steiger laten groeien en ze met succes in het lichaam integreren, zegt Vunjak-Novakovic. Haar groep ontwerpt patches met menselijke volwassen stamcellen en menselijke embryonale stamcellen, met als doel de hartstructuur te revasculariseren en opnieuw op te bouwen in een gebied dat is beschadigd door een hartaanval. Hartpleisters hebben enige belofte getoond in dierstudies, maar moeten nog worden getest in proeven bij mensen.
Taylor zegt dat de van cellen ontdane harttechnologie van haar team ook kan worden gebruikt om een deel van een hart te maken, zoals een muur of een ventrikel, of een stuk weefsel dat als pleister kan worden gebruikt.
Een andere benadering is om cellen in beschadigde hartgebieden te injecteren in de hoop hartweefsel en bloedvaten te herstellen of te herstellen. Lee zegt dat het injecteren van beenmergcellen in de slagaders van het hart enig succes heeft opgeleverd bij het verbeteren van de ejectiefractie (het percentage bloed dat bij elke slag wordt uitgestoten) en andere metingen van de hartfunctie in klinische onderzoeken bij mensen.
Gezien het enorme aantal patiënten dat nieuwe opties nodig heeft, voegt Lee eraan toe, moet alles op tafel liggen. We kunnen geen enkele benadering opgeven, hoe wild of onwaarschijnlijk ook, totdat we betere behandelingen voor deze mensen krijgen.