En bankende kardioide. (The Mind Lab) Forskere har med hell dyrket en bunt av mennesker stamceller inn i et lite kunstig 'hjerte' på størrelse med et sesamfrø.
Den pulserende massen er det første selvorganiserende miniatyrorganet som ligner det menneskelige hjertet, inkludert et hult kammer omsluttet av en vegg av hjertelignende vev.
Enkle hjertelignende organer, eller kardioider, har værtbygget i laboratoriet før, men bare ved å bruke et stillas, en form eller en matrise som cellene kan settes sammen rundt.
Denne nye kardioidemodellen konstruerte seg selv spontant. Alt forskerne måtte gjøre var å lokke de pluripotente stamcellene i retten deres ved å bruke seks signalveier som er kjent for å koordinere hjerteutviklingen i det menneskelige embryoet.
Andre studier har klart å dyrke selvorganiserende øyeorganoider, selvorganiserende hjerneorganoider og selvorganiserende tarmorganoider ved å bruke lignende signalteknikker.
'Det er ikke det at vi bruker noe annet enn andre forskere, men vi bruker bare alle kjente signaler,' forklarer biolog Sasha Mendjan fra det østerrikske vitenskapsakademiet i Wien.
Disse signalene er kjent for å føre til stamcelle differensiering, slik at dette kunstige organet, eller organoidet, kan utvikle distinkte lag når det er tett kontrollert.
Etter bare én uke med vekst i laboratoriet, la forskerne merke til at cellemassen deres hadde dannet en 3D-struktur som kunne slå rytmisk og presse væske inn og ut av dens kammerlignende hulrom.
En samling av kardioider. (The Mendjan Lab)
Menneskehjertet er det aller første organet som dannes i et embryo, og det er spesielt komplekst. Forskere er fortsatt ikke sikre på hvordan den utvikler alle funksjonene.
Uten denne kunnskapen er det ikke klart hvordan eller hvorfor visse hjertemisdannelser og sykdommer oppstår, eller hvordan vi best kan behandle dem.
I naturen danner det menneskelige hjertet først endokardiale rør, før det senere skilles i hjertemuskel og en ekstracellulær matrise fylt med hjertegelé. Først da dannes den indre foringen av hjertekamrene.
Teamets enkle kardioidemodell gir nå en større forståelse av det 'nødvendige'.
'Vi ønsker å komme opp med menneskelige hjertemodeller som utvikler seg mer naturlig og derfor er prediktive for sykdom,' sier Mendjan.
'Vi tror at denne 'skjulte magien' i utviklingen, ting vi ennå ikke vet om, er grunnen til at sykdommer i dag ikke er veldig godt modellert, legger han til.
Hvordan denne komplekse prosessen skjer via signalering er fortsatt uklart, men forfatterne håper deres nye modell vil gi oss større innsikt.
Til slutt fant teamet at hjertemuskelen og endokardcellene i organoiden deres ble kontrollert av to innledende signaler, WNT og ACTIVIN. Når disse cellulære byggesteinene ble opprettet, begynte de å samhandle med hverandre for å danne hjerteventrikler i slagkammeret.
Da teamet frøs ned visse deler av minihjertene ved hjelp av en kald stålstang, la de merke til at noen av cellene begynte å dø, på samme måte som det som skjer under et hjerteinfarkt. Samtidig begynte andre reparerende celler å migrere til skaden og produsere helbredende proteiner.
Forfatterne håper deres modell vil tillate oss å teste hjertemedisiner for sikkerhet og effekt før de tar dem til kliniske studier . I dag, bare rundt 1 av 5000 medikamenter ta steget fra prekliniske studier til utvikling av medikamenter, noe som betyr at det er mye rom for forbedring.
Å teste medisiner i laboratoriet på hjertelignende organer kan bidra til å forbedre disse suksessratene, slik at vi kan finne ut hvilken medisin som er giftig eller usannsynlig å ha noen effekt i kliniske studier.
Mendjan og hans kolleger håper nå å vokse selvorganiserendekardioidermed flere kamre, lik våre egne hjerter, for videre forskning på hjerteutvikling og potensielle behandlinger.
Studien ble publisert i Celle .