211service.com
Skapa en hjärtlapp
Konstruerad hjärtvävnad behöver en stadig tillförsel av syre och näringsämnen för att överleva efter att ha ympats på hjärtat. I ett försök att ta itu med detta problem har forskare från Ben-Gurion University of the Negev, Tel-Aviv University och Soroka University Medical Center i Israel utvecklat en metod som använder kroppen som en bioreaktor för att bygga fungerande blodkärl i ett biokonstruerat hjärta lappa. Resultaten, publicerade denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences , representerar ett avgörande steg mot att generera ett biokonstruerat material som kan reparera skadad hjärtvävnad.
Läkande hjärta: En vecka efter att ha implanterats i buken på en råtta har denna konstruerade hjärtvävnad (lila) infiltrerats av funktionella blodkärl (ihåliga ovaler) som innehåller röda blodkroppar (röda skivor).
Flera labb runt om i världen har arbetat på sätt att konstruera levande hjärtvävnad genom att så en tredimensionell ställning med hjärtmuskelceller eller med stamceller som kan lockas till att bilda dessa hjärtmyocyter. Vad de i allmänhet inte har fokuserat på är strategier för att skapa infrastrukturen för att stödja dessa myocyter, säger Fredrik Schoen , professor i hälsovetenskap och teknologi vid Harvard Medical School och Brigham and Women's Hospital. Den infrastrukturen inkluderar blodkärl som för syre till de invandrade myocyterna när de försöker integreras i den befintliga hjärtvävnaden. Utan det vaskulära stödet kommer de flesta av de implanterade cellerna att dö.
I ett friskt hjärta flankeras varje enskild myocyt av två kapillärer, säger Gordana Vunjak-Novakovic , professor i biomedicinsk teknik vid Columbia University. I implantat utan blodkärl kan bara de yttersta cellerna ta syre. Som ett resultat ser dessa plåster ut som ett M&M-godis, säger Vunjak-Novakovic. Friska celler på utsidan, döda celler på insidan.
För att uppmuntra vaskularisering i konstruerade hjärtfläckar infunderade de israeliska forskarna en myocytfröad ställning med tillväxtfaktorer som främjar cellöverlevnad och tillväxten av nya blodkärl. De implanterade sedan varje hjärtplåster i en levande råttas omentum, det blodkärlsrika membranet som förbinder och stödjer bukorganen. Inom en vecka fylldes plåstren med mogna blodkärl. Forskarna skar sedan ut de vaskulariserade plåstren och transplanterade dem på hjärtat på råttor med hjärtinfarkt. En månad senare verkade plåstren inte bara överleva, utan vara väl integrerade med djurens hjärtvävnad. Plåstren förbättrade råttornas hjärtaktivitet, myocyterna bildade muskelfibrer som kunde dra ihop sig och forskarna kunde se röda blodkroppar inuti blodkärlen, vilket betyder att de också var fullt fungerande, säger Smadar Cohen, professor i bioteknik ingenjör vid Ben-Gurion University och senior författare till studien.
Vunjak-Novakovic är entusiastisk över forskningen. De har fått naturen att fungera för dem, säger hon. Och de har visat att vaskulär tillförsel gör stor skillnad för funktionaliteten hos konstruerad hjärtvävnad.
På vissa sätt kan blodkärlen vara viktigare än myocyterna. Det är elefanten i rummet som vi inte brukar prata om, säger Harvard's Schoen. Ingen vet om myocyterna är nödvändiga. Om du kan injicera något som revaskulariserar det skadade området av hjärtat, kanske det är allt du behöver.
I Cohens studie visade råttor som fick ett vaskulariserat plåster utan myocyter också förbättringar i sin hjärtfunktion. Dessa myocytfria fläckar integrerade också i den lokala vävnaden och förtjockade ärret som finns kvar efter en infarkt. Enbart den förstärkningen kan lindra en del av sträckningen av den skadade hjärtmuskelväggen och därmed förbättra kontraktiliteten, säger Cohen.
Med eller utan myocyter är tillvägagångssättet ännu inte klart för kliniken. Det är ett betydande forskningsframsteg som visar ett tillvägagångssätt för att växa vaskulatur i en konstruerad vävnad, säger Schoen. Men vi är inte nämnvärt närmare att göra konstruerade hjärtmuskelplåster för patienter som har hjärtsjukdom. För det första kräver strategin två omgångar av operation: en för att implantera plåstret i buken och en andra för att flytta den till hjärtat. Och Cohen påpekar att patienter med kranskärlssjukdom i allmänhet inte är i något tillstånd att tolerera den typen av invasiv behandling.
Men modellen kan hjälpa forskare att bättre förstå de molekylära mekanismerna som driver vaskularisering - och som kan tillåta tillväxten av ett färdigt plåster med blodkärl på plats före implantation. Ännu bättre, säger Cohen, skulle vara ett material som skulle kunna inducera förnyelse i själva hjärtat - något hon och hennes kollegor arbetar med. Jag tycker att alla dessa tillvägagångssätt borde vara tekniskt möjliga, säger Cohen. Vi behöver bara göra mer bra vetenskap för att hitta den bästa.