Kanadyjscy naukowcy stworzyli miniaturową komorę serca

Chociaż badania nad leczeniem chorób układu krążenia bardzo rozwinęły się w ciągu ostatnich dziesięcioleci, to co roku z powodu problemów z sercem umiera prawie 18 milionów ludzi na całym świecie. Zespół naukowców z University of Toronto i University of Montreal zdołał wyhodować zbudowany z żywych komórek, miniaturowy model lewej komory ludzkiego serca.

- Z naszym modelem możemy mierzyć objętość wyrzucanej cieczy, (badać) jak wiele zostaje wypompowane z każdym skurczem komory, a także ciśnienie tego płynu - powiedziała Sargol Okhovatian, wpółwynalazczyni modelu. - Oba te parametry są prawie niemożliwe do mierzenia z pomocą wcześniejszych modeli - podkreśliła.

Lewa komora serca pompuje bogatą w tlen krew do aorty, a potem do pozostałych części organizmu.

Opcji badania pompowania krwi przez zdrowe czy uszkodzone serce jest niewiele - wyjaśniają naukowcy. Narządy pobrane w czasie autopsji nie są już aktywne. Z kolei laboratoryjne kultury tkankowe, choć pozwalają na testy biochemiczne, nie oddają trójwymiarowej struktury narządu. Pozostają jeszcze badania na zwierzętach, które wielu uznaje za nieetyczne, poza tym narządy ich różnią się budową od ludzkich. - Dzięki naszemu modelowi można badać nie tylko funkcje komórek, ale także tkanek i narządu, i to bez inwazyjnych zabiegów chirurgicznych czy eksperymentów na zwierzętach. Możemy go także wykorzystać do przesiewowych testów dużych bibliotek potencjalnych leków - podkreśliła profesor Milica Radisic, współautorka publikacji, która ukazała się na początku lipca w magazynie "Advanced Biology".

Jednym z głównych wyzwań, przed którym stanęli badacze, było odpowiednie odtworzenie właściwej geometrii narządu. Jak wyjaśniają, hodowla komórek w płaskiej warstwie nie jest wyjątkowo trudna, ale uzyskanie kształtu właściwego dla realnego narządu to zupełnie inne wyzwanie. Aby sobie z nim poradzić, naukowcy wykorzystali biozgodne (nietoksyczne) polimery, z których wykonali rusztowanie. Miało ono taką strukturę, aby promować odpowiednie ułożenie komórek. Z czasem utworzyły one działającą tkankę mięśnia sercowego. Z pomocą impulsów elektrycznych można pobudzać ich skurcze, co stanowi też dla nich pewnego rodzaju trening.

Ostateczny model ma postać potrójnej warstwy synchronicznie kurczących się komórek ułożonych w kształt komory o wewnętrznej średnicy 0,5 milimetrów i długości około jednego milimetra To mniej więcej rozmiar komory serca ludzkiego płodu w 19. tygodniu ciąży - wyjaśniają naukowcy. - Do tej pory tylko w kilku próbach starano się uzyskać prawdziwie trójwymiarowy model komory serca, w przeciwieństwie do płaskich hodowli jego tkanek - zauważyła uwagę prof. Radisic. - Praktycznie wszystkie takie modele składały się jednak z pojedynczej warstwy komórek. Tymczasem prawdziwe serce ma ich wiele i komórki każdej warstwy są ułożone pod innym kątem. Kiedy serce bije, warstwy te nie tylko się kurczą, ale także skręcają. Trochę podobnie do ręcznika, który się wykręca, aby wycisnąć z niego wodę. Dzięki temu serce może pompować więcej krwi - tłumaczy ekspertka.

Jej zespół zdołał odtworzyć także to skręcanie, choć badacze zaznaczają, że prawdziwe serce ma 11 warstw. Model potrafi wygenerować zaledwie pięć procent ciśnienia, jakie wytwarza prawdziwe serce, ale jak podkreślają jego twórcy, to normalne przy zastosowanej skali.

W przyszłych badaniach naukowcy chcą dodać do niego naczynia krwionośne, które mogą pozwolić na zwiększenie liczby warstw komórek oraz zwiększenie siły pracy komory. Zamierzają także znaleźć sposób na usunięcie syntetycznego rusztowania, którego nie ma przecież w prawdziwym narządzie. - Pamiętajmy, że minęły miliony lat, zanim wyewoluowała tak złożona struktura jak ludzkie serce - podkreśla prof. Radisic. - Nie będziemy w stanie jej odtworzyć w czasie kilku lat, ale w kolejnych krokach możemy uzyskiwać coraz lepsze modele użyteczne w badaniach prowadzonych na całym świecie - stwierdziła ekspertka. Z czasem być może uda się nawet hodować serca, które będą gotowe do wszczepiania ludziom. - Dzieli nas od tego jeszcze wiele lat, ale czuję, że tak biosyntetyczna komora to ważny krok w tym kierunku - mówiła prof. Radisic.