Λειτουργικές ανθρώπινες καρδιές- «μινιατούρες»

Επιστήμονες του Michigan State University δημιούργησαν για πρώτη φορά ένα μοντέλο ανθρώπινης καρδιάς- «μινιατούρας» στο εργαστήριο- πλήρες, με όλα τα είδη καρδιακών κυττάρων και μια λειτουργική δομή αγγειακού ιστού και θαλάμων.

«Αυτές οι μίνι καρδιές αποτελούν απίστευτα ισχυρά μοντέλα, στα οποία μπορούν να μελετηθούν όλα τα είδη καρδιακών διαταραχών με ένα επίπεδο ακριβείας που δεν έχουμε ξαναδεί στο παρελθόν» είπε ο Άιτορ Αγκουΐρε, senior author της έρευνας και επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικής μηχανολογίας στο MSU.

Η συγκεκριμένη μελέτη, με τίτλο «Generation of Heart Organoids Modeling Early Human Cardiac Development Under Defined Conditions» αναρτήθηκε στον preprint server του bioRxiv και χρηματοδοτήθηκε από την American Heart Association και τα National Institutes of Health στις ΗΠΑ.

Τα οργανοειδή ανθρώπινης καρδιάς- γνωστά και ως hHOs- δημιουργήθηκαν μέσω ενός καινοτόμου πλαισίου βλαστοκυττάρων που μιμείται την εξέλιξη του περιβάλλοντος του εμβρύου. «Τα οργανοειδή...είναι αυτοσυναρμολογούμενες τρισδιάστατες κατασκευές κυττάρων που αναπαράγουν τις ιδιότητες και τις δομές των οργάνων σε σημαντικό βαθμό» είπε ο Γιονάταν Ισραέλι, τελειόφοιτος στο εργαστήριο του Αγκουΐρε και first author της μελέτης.

Για τους σκοπούς της συγκεκριμένης διαδικασίας χρησιμοποιείται μια βιο-μηχανική διεργασία που χρησιμοποιεί πολυδύναμα βλαστοκύτταρα- ενήλικα κύτταρα από έναν ασθενή για την πρόκληση καρδιακής ανάπτυξης στα πρότυπα εμβρύου- παράγοντας μια λειτουργική μίνι καρδιά μέσα σε μερικές εβδομάδες. Τα βλαστοκύτταρα αποκτούνται από ενήλικες που έχουν συναινέσει, οπότε, όπως υπογραμμίζει το MSU, δεν τίθεται ηθικό ζήτημα.

«Η διαδικασία αυτή επιτρέπει στα βλαστοκύτταρα να αναπτυχθούν, βασικά όπως θα αναπτύσσονταν σε ένα έμβρυο, σε διάφορους τύπους κυττάρων και δομών που είναι παρόντες στην καρδιά» είπε ο Αγκουΐρε. «Δίνουμε στα κύτταρα τις οδηγίες και ξέρουν τι πρέπει να κάνουν όταν υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες».

Επειδή τα οργανοειδή ακολούθησαν τη φυσική διαδικασία ανάπτυξης εμβρύου, οι ερευνητές μελέτησαν σε πραγματικό χρόνο τη φυσική ανάπτυξη μιας καρδιάς ενός ανθρώπινου εμβρύου. Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει τη δημιουργία πολλαπλών hHOs ταυτόχρονα με σχετική ευκολία, σε αντίθεση με υπάρχουσες προσεγγίσεις μηχανικής ιστού που είναι δαπανηρές, δύσκολες και δεν προσφέρονται για αλλαγή κλίμακας.

Ένα από τα βασικά ζητήματα όσον αφορά στη μελέτη της ανάπτυξης των καρδιών των εμβρύων και των καρδιακών παθήσεων είναι η πρόσβαση σε μια αναπτυσσόμενη καρδιά. Οι ερευνητές περιορίζονταν στη χρήση μοντέλων από θηλαστικά, δωρεές από νεκρά έμβρυα και in vitro έρευνες. «Τώρα έχουμε τα καλύτερα και των δύο πλευρών, ένα ακριβές ανθρώπινο μοντέλο για τη μελέτη αυτών των παθήσεων- μια μικροσκοπική ανθρώπινη καρδιά- χωρίς τη χρήση εμβρυακού υλικού ή την παραβίαση ηθικών αρχών. Αυτό αποτελεί ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός» είπε ο Αγκουΐρε.