Szív egy chipen
Kaliforniai kutatók létrehoztak egy 3 dimenziós pulzáló miniszivet csak indukált pluripotens humán őssejtek felhasználásával, amit a gyógyszerek szívfejlődésre kifejtett toxikus hatásának vizsgálatára lehet használni.
A National Institutes of Health által finanszírozott kutatás eredményeképp kifejlesztett miniatűr fiziológiás rendszer a korai szívfejlődés modelljeként szolgálva alkalmas a terhesség alatt használandó szerek tesztelésére, írja a ScienceDaily.
A San Francisco-i kutatók (University of California (UC) Berkeley, UC San Francisco és Gladstone Institute) Kevin Healy biomérnök professzor vezetésével emberi bőrsejtekből létrehozott őssejteket használtak, amelyeket egy mintázattal ellátott felszínre helyeztek. A sejtek 15 nap alatt a mintázat által biztosított biomechanikus feszültség hatására differenciálódtak, és a külső részeken myofibroblasztokká, a belső részen összehúzódó szívizomsejtekké alakultak. Mint a kutatók elmondják, őket is meglepte, hogy 3 dimenziós struktúra alakult ki, és az őssejtek egy mini szívkamrát hoztak létre, továbbá a központban kialakult szívizomsejtek olyan szabályozó proteineket expresszáltak, amelyek a szív szövetének fejlődéséhez szükségesek.
Az eredményeiket a Nature Communications-ben publikáló kutatók a miniszív létrehozása után megnézték, hogy a 3D-s struktúra alkalmas-e molekulák kardiális toxicitásának vizsgálatára (Self-organizing human cardiac microchambers mediated by geometric confinement). Erre az ismerten szívfejlődési rendellenességeket okozó thalidomidot használták, és megfigyelhették, hogy a molekula jelenlétében a mini szívkamra fejlődése zavart szenvedett, az így létrejött szövet az eredeti miniszívhez képest csökkent frekvenciával volt csak képes összehúzódni.
Mint Healy elmondja, technikájuk nem korlátozódik a szív létrehozására, potenciálisan más szervek létrehozására is használható, és további fejlesztés eredményeképpen ezek a humán szövetmodellek felválthatják az állatkísérleteket. Az állatkísérletek ugyanis az állatok és az ember közötti biológiai különbségek miatt csak részlegesen alkalmasak a gyógyszerek emberekre kifejtett hatásainak előrejelzésére.
A közeljövőben Healy és munkatársai azt fogják vizsgálni, hogy melyek azok a biofizikai és biokémiai feltételek, amelyek arra ösztönzik az őssejteket, hogy specializált sejtekké differenciálódjanak, az adott esetben fibroblasztokká, illetve kardiomyocitákká. Továbbá miniszívüket arra is használni akarják, hogy a segítségével azonosítsák azokat a genetikai és környezeti tényezőket, amelyek megzavarják a szívfejlődést.
Mint egy valódi szerv
A miniszív létrehozását széles körűen kommentálja a tudományos ismeretterjesztő sajtó. Mint a New Scientistben írja Andy Coghlan, ez az első eset, amikor 3 dimenziós szívszerű szervet hoztak létre csak őssejtek felhasználásával. Már korábban is sikerült szívszerű működésre képes szövetet kialakítani, azonban akkor egy olyan struktúrát használtak, ami a helyükön tartotta a sejteket, pl. olyan kollagénmátrixot, amit donorszervből nyertek, miután kiszedték belőle a sejtes elemeket, illetőleg 3D printert használtak.
Más kutatók már létrehoztak mini vesét - Jeremy Song és munkatársai: Regeneration and experimental orthotopic transplantation of a bioengineered kidney; Nature Medicine -, mini emlőket - Jelena Linnemann és munkatársai: Quantification of regenerative potential in primary human mammary epithelial cells; Development -, azonban azokban az esetekben a sejtek struktúra nélküli szövetet – organoid – alkottak, ami kevésbé emlékeztet a valódi szervekre.
Healy és munkatársai a fejlődő szívet érő fizikai erőket utánzandó üregeket képeztek a chipen (kémiai anyagokkal olyan zónákat hoztak létre, ahová a sejtek nem tudtak mozogni), és a kutatók meglepetésére a differenciálódó sejtek 3D-s struktúrát, fél mm átmérőjű pulzáló szívkamrát alakítottak ki. A kutatók végső célja persze egy teljes méretű szív létrehozása a sejtek önszerveződő képességének felhasználásával.
