Ši miniatiūrinė širdis gali išgelbėti milijonus žmonių, mokslininkai pasiekė didžiulį proveržį
Mokslininkai sukūrė trimatę „širdį lustelyje“ (angl. heart-on-a-chip, HOC), kuri gali tapti proveržiu kovojant su pagrindine mirties priežastimi pasaulyje – širdies ir kraujagyslių ligomis.
Didžiausias iššūkis – tai, kad negalime lengvai ir saugiai ištirti, kaip žmogaus širdis reaguos į vaistus ar ligas, nepatirdami rizikos realiam pacientui. Sukurti inžineriniai širdies audiniai plaka savaime, jie mobilizuoja kalcį, kad inicijuotų raumenų veiklą, ir numatomai reaguoja į gerai žinomus vaistus.
Ši „širdis lustelyje“ yra pirmasis modelis, kuriame įdiegta dviguba jutimo (sensorių) platforma. Ji leidžia realiuoju laiku sekti širdies audinio aktyvumą visu audinio mastu – nuo makro lygmens iki atskirų ląstelių.
Neseniai paskelbtame moksliniame darbe kelių Kanados institucijų mokslininkų komanda aprašė, kaip pavyko pasiekti šį „reikšmingą proveržį širdies audinių inžinerijoje ir farmakologinių tyrimų srityje“.
Pagrindinis naujumas – integruoti jutikliai, galintys fiksuoti tiek stambaus masto, tiek mikromastelio širdies veiklą. Ankstesnės HOC platformos, taip pat ir šios komandos ankstesnis modelis, neturėjo aukštos skiriamosios gebos jutimo ląstelių lygiu.
Smulkaus masto jutimas yra itin svarbus, nes daugelis širdies ir kraujagyslių ligų susijusios su kardiomiocitų – atskirų susitraukiančių ląstelių, sudarančių širdies raumenį (miokardą) – funkcijos sutrikimais. Dėl to ląstelių veiklos matavimas tampa kritiškai svarbus siekiant užkirsti kelią širdies nepakankamumui pacientams, sergantiems šiomis ligomis.
Kurdami HOC modelius, mokslininkai iš žiurkių išskyrė širdies raumenų ląsteles ir širdies jungiamojo audinio ląsteles. Šios ląstelės buvo įterptos į želė pavidalo matricą, gausią skaidulinių baltymų ir maistinių medžiagų, kurios skatina augimą, o tuomet pasėtos ant mažyčių lanksčių, silicio pagrindu sukurtų lustų.
Į šiuos HOC tyrėjai įdiegė dviejų tipų jutiklius. Norėdami matuoti stambaus masto jėgas, jie pakabino sukonstruotus širdies audinius tarp dviejų elastingų kolonėlių. Šios kolonėlės kaskart širdžiai plakant deformuojasi, o deformacijos dydis atspindi bendrą audinio susitraukimo jėgą.
Be to, pačiame audinyje buvo išdėstyti lankstūs, hidrogelio pagrindo mikrojutikliai. Šių mažyčių, vidutiniškai vos 50 mikrometrų (0,002 colio) dydžio lašelių forma kinta veikiant vietinėms mechaninėms įtampoms, todėl jie leidžia fiksuoti ląstelių lygmens mechaninius krūvius.
Šis metodas yra svarbus žingsnis siekiant patikimai tirti patologijas in vitro, nes ląstelių generuojamos jėgos lemia širdies audinių likimą – jų formavimąsi, persitvarkymą, susitraukimo efektyvumą, žaizdų gijimą ir net vėžio vystymąsi.
In vitro bandymai taip pat gali padėti kurti ir tikslinti vaistų terapiją. Todėl mokslininkai įvertino savo HOC tinkamumą vaistų testavimui, naudodami du gerai ištirtus junginius.
Pirmasis buvo norepinefrinas, dar vadinamas noradrenalinu. Ši medžiaga aktyvina organizmo „kovok arba bėk“ reakciją ir medicinoje naudojama širdies veiklai pagyvinti bei kraujospūdžiui palaikyti, pavyzdžiui, esant širdies sustojimui.
Siekdami ištirti priešingą poveikį – susitraukimo aktyvumo sumažėjimą – tyrėjai taip pat taikė blebistatiną, raumenų veiklą slopinantį junginį.
Abu vaistai veikė taip, kaip buvo prognozuota, ir parodė, kad HOC modeliai gali numatyti, kaip širdies generuojamos jėgos ir širdies ritmas keisis veikiant dažnai naudojamiems junginiams.
„Galinėjimasis realiuoju laiku stebėti audinio reakciją į skirtingus junginius suteikia didžiulį pranašumą ikiklinikiniuose tyrimuose ir taikomojoje medicinoje“, – teigia pirmasis straipsnio autorius Ali Mousavi, Monrealio universiteto biomedicinos inžinierius.
Vėlesniuose etapuose tyrėjai planuoja modeliuoti konkrečius sutrikimus, formuodami širdies audinius iš pacientų, sergančių įvairiomis širdies ligomis, ląstelių. Tai apima išsiplėtusią kardiomiopatiją – dažnai genetinę širdies raumens ligą, galinčią sukelti širdies nepakankamumą, taip pat aritmijas – sutrikimus, kai pasikeičia širdies ritmo dažnis ir reguliarumas.
Ilgainiui HOC technologija galėtų padėti gydytojams individualiai parinkti gydymą, prieš skiriant vaistus atlikus bandymus su paties paciento ląstelėmis.
„Šis proveržis dar labiau priartina mus prie tikrosios personalizuotos sveikatos priežiūros, – apibendrina vyresnysis darbo autorius Houmanas Savoji, Monrealio universiteto mechanikos ir biomedicinos inžinierius. – Tai suteikia galimybę nustatyti efektyviausią medikamentą kiekvienam žmogui dar prieš pradedant gydymą.“
