211service.com
En biologisk ersättning för pacemakers
Ungefär 200 000 människor i USA får pacemaker varje år – men att ha en batteridriven maskinkontroll är hjärtat långt ifrån optimalt, särskilt för barn, eftersom det kräver upprepade operationer.
Konstruerad vävnad tillhandahåller en elektrisk anslutning mellan förmaken (ej visad) och ventriklarna (till vänster). De implanterade cellerna visas enbart i grönt, medan hjärtcellerna är i rött och grönt. Sådana vävnadskonstruerade implantat kan ersätta pacemakers. (Med tillstånd av Douglas Cowan, Children's Hospital Boston.)
Enligt nya rön kan muskelceller från en patients egen vävnad en dag användas för att behandla vissa hjärtproblem. Forskare vid Children's Hospital Boston har utarbetat ett sätt att odla skelettmuskelceller som, när de implanteras i hjärtat på råttor, överför hjärtats vitala elektriska signaler. Behandlingen kan så småningom hjälpa människor med onormal hjärtrytm.
När hjärtat slår, genereras elektriska pulser först i toppen av hjärtat och fortplantar sig genom muskeln, vilket gör att de övre kamrarna i hjärtat drar ihop sig. Signalen når sedan en liten bit vävnad, kallad atrioventrikulär (AV) nod, och saktar ner för en bråkdel av en sekund, vilket gör att de nedre kamrarna, eller ventriklarna, i hjärtat kan fyllas med blod. Signalen förs sedan vidare till ventriklarna, vilket gör att de kan dra ihop sig.
Tyvärr går AV-nodens funktion ibland snett. Hos patienter med ett tillstånd som kallas fullständigt hjärtblock, som kan utlösas av en av flera faktorer: hjärtsjukdom, en utvecklingsdefekt eller skada under operation, är AV-noden tillräckligt skadad för att den elektriska signalen inte överförs från den övre till nedre kamrarna och hjärtat inte fungerar korrekt.
Pacemakers som implanteras i hjärtat kan ofta lösa problemet – de känner av den elektriska signalen i hjärtats övre kammare och stimulerar sedan den nedre kammaren att dra ihop sig. Men hos barn har pacemaker vissa nackdelar. Barnet kan snabbt växa ur enheten och batterierna måste bytas ut vart tredje till femte år, vilket kräver upprepade operationer. Vi ville försöka skapa en [cellulär] elektrisk brygga för barn med AV-nodproblem, säger Douglas Cowen , en cellbiolog vid barnsjukhuset som ledde den nya studien.
En av de stora fördelarna med ett biologiskt alternativ till en pacemaker är att det skulle växa med barnet, säger David Lathrop, ledare för arytmiforskningsgruppen vid National Heart Lung and Blood Institute , en division av National Institutes of Health i Bethesda, MD.
Andra grupper utvecklar också biologiska alternativ till pacemakers. Men Cowens teknik kan erbjuda fördelar eftersom den direkt överför hjärtats egna elektriska signaler, snarare än att generera en ny elektrisk signal, som en pacemaker gör. Det tillvägagångssätt som Cowen tar liknar mer hjärtats normala ledningsväg, säger Lathrop. Det är för tidigt att säga vilket som är bättre just nu. Han tillägger att båda teknikerna behöver vidareutvecklas och är år borta från kliniska tester.
Cowen och team tog skelettmuskelceller från råttor och överförde dem till en specialdesignad kollagenställning. När de befinner sig i byggnadsställningen anpassar sig cellerna till en kanal och uttrycker ett protein som skapar små porer mellan cellerna, vilket gör att de kan överföra elektriska signaler.
När delar av denna konstruerade vävnad transplanterades till råtthjärtan, integrerades de nya cellerna i den befintliga hjärtvävnaden, vilket skapade elektriska förbindelser med befintliga celler. (Råttorna hade inte hjärtblock; Cowen säger att råtthjärtan är för små för att ha pacemakers, vilket är nödvändigt för att hålla en råtta med hjärtblock vid liv tillräckligt länge för att transplantera cellerna.) Forskarna använde optisk avbildning av hjärtat för att visa att de nya cellerna var elektriskt aktiva och bildade i huvudsak en alternativ ledningskrets. Resultaten visas i julinumret av American Journal of Pathology .
Cowan och teamet jobbar fortfarande på några knep i terapin. De behöver designa ett cellimplantat som kommer att efterlikna AV-nodens korta tidsfördröjning, vilket är avgörande för att hjärtat ska fungera korrekt. De testar nu olika typer av celler, som stamceller från blod eller benmärg, som skulle kunna styras att differentiera till en cell som mer liknar en hjärtcell. Forskarna valde till en början skelettmuskelceller eftersom de är en lätt förvärvad resurs – sådana celler kan erhållas från patienter som behöver en pacemaker genom en rutinmässig muskelbiopsi och behöver inte odlas under speciella förhållanden, som är fallet med stamceller .
Forskarna testar också terapin på större djur, vars hjärtan mer liknar människors. De kommer att inducera hjärtblock i dessa djur och implantera dem med både pacemaker och konstruerad skelettvävnad för att avgöra om den konstruerade vävnaden kan ta över för pacemakern.
Ju mindre hårdvara du lägger i någon, desto bättre, säger Ivan Vesely, en biomedicinsk ingenjör som specialiserar sig på hjärtvävnadsteknik vid barnsjukhuset Los Angeles. Så om det enda problemet är en saknad ledningsbana, är det mycket meningsfullt att försöka omarbeta den vägen, snarare än att överlämna hela hjärtat till en pacemaker.