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

Zespół z University of Toronto zdołał właśnie wyhodować zbudowany z żywych komórek, miniaturowy model tej części serca człowieka (https://www.youtube.com/watch?v=NzUWvZTX2vk&feature=emb_imp_woyt).

„Z naszym modelem możemy mierzyć objętość wyrzucanej cieczy - jak wiele zostaje wypompowane z każdym skurczem komory, a także ciśnienie tego płynu - mówi współautorka dokonania, Sargol Okhovatian. - Oba te parametry są prawie niemożliwe do mierzenia z pomocą wcześniejszych modeli” - podkreśla.

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 nie wszyscy uznają za etyczne, poza tym narządy zwierząt 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” - podkreśla prof. Milica Radisic, współautorka publikacji, która ukazała się w magazynie „Advanced Biology”.

Jednym z głównych wyzwań, przed którym stanęli badacze, było odpowiednie odtworzenie właściwej geometrii. Jak wyjaśniają, hodowla komórek w płaskiej warstwie nie jest wyjątkowo trudna, ale uzyskanie kształtu właściwego dla realnego narządu to zupełnie inne zadanie.

Aby sobie z nim poradzić, naukowcy wykorzystali biozgodne polimery, z których wykonali rusztowanie dla komórek. 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 serca ułożonych w kształt komory o wewnętrznej średnicy 0,5 mm i długości ok. 1 mm. To mniej więcej rozmiar komory serca ludzkiego płodu w 19. tygodniu ciąży - zwracają uwagę naukowcy.

„Do tej pory tylko w kilku próbach starano się uzyskać prawdziwie trójwymiarowy model komory serca, w przeciwieństwie do płaskich hodowli jego tkanek - zwraca 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.

Udało się już zmierzyć objętość i ciśnienie pompowanego przez miniaturową komorę cieczy. Tego typu pomiary stosuje się, aby sprawdzić stan serca pacjentów.

Model potrafi wygenerować zaledwie 5 proc. ciśnienia, jakie wytwarza prawdziwe serce, ale jak podkreślają jego twórcy, to normalne przy zastosowanej skali.

W przyszłych badaniach chcą dodać do niego naczynia krwionośne, które mogą też 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” - twierdzi 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” - mówi prof. Radisic.

Więcej informacji na stronach:

https://news.engineering.utoronto.ca/reverse-engineering-the-heart-u-of-t-engineering-team-creates-bioartificial-left-ventricle/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adbi.202101165 (PAP)

autor: Marek Matacz

mat/ ekr/