Att växa nya hjärtan från gamla

Forskare vid University of Minnesota har tagit ett stort steg mot att ersätta organ med mottagarnas celler. I experiment som utfördes på råttor och grisar tog forskarna bort donatorhjärtan från sina celler för att skapa ställningar där mottagarnas celler odlades. Förhoppningen är att ett liknande tillvägagångssätt en dag kan visa sig användbart för mänskliga patienter med hjärtsjukdom i slutstadiet. I teorin kan dessa nya hjärtan visa sig vara bättre än traditionella donatorhjärtan eftersom de är mindre benägna att orsaka ett immunsvar.

Ett tomt hjärta: Forskare har skapat nya hjärtan med hjälp av decellulariserade rått- och grishjärtan som byggnadsställningar. I den här serien blir ett hjärta som innehåller celler (överst) en ställning avskalad från celler (nederst).

Det är ett djärvt, modigt, spännande arbete, säger Kompis Ratner , professor i bioteknik och kemiteknik vid University of Washington, som inte var involverad i forskningen. Ändå kvarstår betydande hinder innan tillvägagångssättet kan tillämpas på mänskliga patienter.

Det här är bara ett första proof of concept, som visar att det inte är helt galet att försöka decellularisera ett helt hjärta och återbefolka det med nya celler, säger Doris Taylor , direktör för Center for Cardiovascular Repair vid University of Minnesota. Hennes teams arbete publicerades i går i Naturmedicin uppkopplad.

För att skapa decellulariserade byggnadsställningar, genomblötade Taylor och hennes team råtthjärtan med rengöringsmedel. När cellerna avlägsnades återstod en komplex arkitektur av vit extracellulär matris. Hjärtkamrarnas anatomi verkade vara intakt, liksom klaffarna och blodkärlen, säger Taylor.

Multimedia

• Se Doris Taylor och hennes team skapa nya hjärtan.

Forskarna sådde om byggnadsställningarna med hjärt- och endotelceller från råttor. Sedan placerade de dessa konstruktioner i bioreaktorer som simulerade blodtryck, elektrisk stimulering och andra aspekter av hjärtfysiologi. Vi ville behandla cellerna som om de fanns i ett hjärta och se om de betedde sig därefter, säger Taylor. Efter fyra dagar började cellerna i hjärtan dra ihop sig. Efter åtta dagar kunde hjärtan pumpa med cirka 2 procent av kraften hos ett vuxen råtthjärta, enligt tidningen.

Detta är det ultimata biomimetiska tillvägagångssättet för hjärtvävnadsteknik, säger Gordana Vunjak-Novakovic , professor i biomedicinsk teknik vid Columbia University. En decellulariserad helhjärtmatris ger praktiskt taget en idealisk ställning, säger hon, eftersom den bevarar mycket av hjärtats sammansättning, struktur och mekaniska egenskaper.

I teorin, om hjärtan kunde göras på detta sätt för mänskliga patienter, skulle de kunna erbjuda ett alternativ till traditionella donatorhjärtan. Teoretiskt sett skulle patienter inte behöva ta immunsuppressiva läkemedel eftersom de nya konstruktionerna skulle byggas med sina egna celler.

Ändå skulle metoden kräva ett kadaverhjärta (eller möjligen ett grishjärta) för att göra ställningen. Det krävs fortfarande ett hjärta för att göra ett hjärta, och vi kan inte skona några hjärtan för tillfället, säger Ratner.

En annan utmaning skulle vara att säkra lämpliga mänskliga celler – i tillräcklig mängd – för att återbefolka ställningen. Vuxna hjärtmuskelceller, eller kardiomyoktyer, förökar sig inte, säger Vunjak-Novakovic. Inte heller kan dessa celler tillverkas från lättillgängliga källor såsom vuxna celler härrörande från benmärg. Inhemska stamceller är en potentiell källa, men de är inte rikliga. Embryonala stamceller är också en möjlighet, men de måste styras för att differentiera till en önskad vävnad och anpassas för att accepteras av patienter.

Ytterligare utmaningar, som kan visa sig svårare för större mänskliga hjärtan, inkluderar att ladda ställningen med lämpligt antal celler, att hålla cellerna vid liv med tillräckligt med näringsämnen och syre och få dem att mogna ordentligt.

Att skapa ett hjärta som är elektriskt stabilt under långa tidsperioder kan också vara svårt, säger man Richard Lee , en kardiolog vid Brigham and Women's Hospital, i Boston, och en professor vid Harvard Medical School.

Dessutom skulle hjärtat behöva kunna existera in vivo under långa perioder utan att orsaka blodproppar eller stroke. Det är en lång väg att gå innan du faktiskt kan känna att det här är vid horisonten för att behandla patienter, säger Lee.

Under de senaste åren har forskningen om hjärtvävnadsteknik ökat kraftigt. Många grupper använder nu celler i samband med olika typer av byggnadsställningar för att försöka rekonstruera antingen vaskulär eller hjärtvävnadsstruktur.

Även om hjärtat som Taylor föreställer sig kan vara ett alternativ till transplantation för vissa patienter med hjärtsjukdom i slutstadiet eller kronisk hjärtsvikt, syftar annat arbete till att reparera lokala skador, såsom de som orsakas av hjärtinfarkt eller hjärtinfarkt.

Till exempel arbetar flera grupper för närvarande med hjärtplåster, som är band av konstruerad vävnad som kan appliceras kirurgiskt över ett skadat område av hjärtat för att hjälpa till att återställa dess funktion.

Forskare som arbetar med hjärtplåster står inför några av samma utmaningar som Taylors grupp gör: att säkra lämpliga celler, odla dem på en ställning och framgångsrikt integrera dem i kroppen, säger Vunjak-Novakovic. Hennes grupp tillverkar plåster med hjälp av mänskliga vuxna stamceller och mänskliga embryonala stamceller, med målet att revaskularisera och återuppbygga hjärtstrukturen i ett område som har skadats av en hjärtattack. Hjärtplåster har visat något lovande i djurstudier men har ännu inte testats i försök på människor.

Taylor säger att hennes teams decellulariserade hjärtteknologi också kan användas för att skapa en del av ett hjärta som en vägg eller en ventrikel, eller en del av vävnaden som kan användas som ett plåster.

Ett annat tillvägagångssätt är att injicera celler i skadade hjärtregioner med hopp om att återuppbygga eller reparera hjärtvävnad och kärl. Lee säger att injicering av benmärgsceller i hjärtats artärer har visat viss framgång i att förbättra ejektionsfraktionen (andelen blod som kastas ut med varje slag) och andra mätningar av hjärtfunktionen i kliniska prövningar på människor.

Med tanke på det enorma antalet patienter i behov av nya alternativ, tillägger Lee, borde allt ligga på bordet. Vi kan inte ge upp någon strategi, oavsett hur vild eller osannolik, förrän vi får bättre behandlingar för dessa människor.

Dölj