Osiągnięcie dowodzi, że jest możliwe pełne zregenerowanie organu poprzez osadzenie ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych iPS na trójwymiarowym rusztowaniu pochodzącym z innego zwierzęcia. Taka personalizacja organu „na zamówienie” to ciekawa droga produkcji organów do transplantacji, a także tworzenia modeli badawczych do testowania leków czy zrozumienia procesu rozwoju serca.

W samych USA na niewydolność serca cierpi 5 milionów ludzi. Ponad połowa leczonych pacjentów nie reaguje na tradycyjne terapie. Jednocześnie chronicznie brakuje organów do przeszczepu. Naukowcy pracują nad medycyną regeneracyjną i inżynierią tkankową w celu znalezienia nowych rozwiązań, a możliwość wymiany tkanki zniszczonej przez zawał czy nawet całego organu może być bardzo pomocna dla tych ludzi.  – mówi członek zespołu dr Yang. 

Pierwszym etapem prac decelularyzacja mysiego serca za pomocą odpowiednio dobranych detergentów i enzymów. Wypłukane zostały jądra i inne składniki komórkowe, a pozostała macierz pozakomórkowa ECM, składająca się z różnego rodzaju włókien kolagenowych i innych elementow strukturalnych. Przy prawidłowo przeprowadzonej decelularyzacji, pozostała ECM tworzy swoiste rusztowanie organu, włącznie z konstrukcją komór, zastawek czy nawet drobnych naczyń krwionośnych.

Decelularyzacja serca szczura. Lu i wsp. 2013

Na oczyszczonym rusztowaniu osadzone zostały ludzkie multipotencjalne progenitorowe komórki sercowo-naczyniowe (MCP). Komórki progenitorowe są etapem pośrednim pomiędzy komórkami macierzystymi a komórkami dorosłymi, zróżnicowanymi. W tym przypadku komórki MCP uzyskano z ludzkich indukowanych komórek macierzystych iPS, które potraktowano czynnikami wzrostu, aby nadać im kierunek różnicowania. Same komórki iPS powstały przez cofnięcie do poziomu komórek macierzystych (czyli przez zaindukowania pluripotencji – zdolności do różnicowania się w kierunku dowolnego typu komórek) fibroblastów, uzyskanych przez biopsję małego kawałka skóry.

Multipotencjalne progenitorowe komórki sercowo-naczyniowe MCP są komórkami prekursorowymi, które dają 3 rodzaje komórek występujących w sercu: kardiomiocyty, komórki śródbłonka i gładkie komórki mięśniowe. Według dr. Yang nikt wcześniej nie użył MCP do regeneracji całego serca. Okazuje się, że macierz pozakomórkowa (ECM) stwarza odpowiednie środowisko wysyłające sygnały kierujące niezróżnicowanymi komórkami MCP, aby przekształciły się w wyspecjalizowane elementy potrzebne do prawidłowego funkcjonowania serca.

Po kilku tygodniach spędzonych w bioreaktorze, mysie rusztowanie serca nie tylko obudowało się ludzkimi komórkami, ale też podjęło pracę w tempie 40-50 uderzeń na minutę. Teraz prace skupiają się na zwiększeniu siły serca, ponieważ obecnie zdolność pompowania krwi jest mniejsza niż w naturalnym. Do opracowania pozostaje też pełna odbudowa systemu elektrycznego serca, aby organ  mógł prawidłowo regulować tempo uderzeń.

Dr. Yang ma nadzieję, że w przyszłości pacjentowi zrobi się biopsje skóry, z której uzyska się jego komórki MCP. Zostaną one wykorzystane do zasiedlenia biologicznego rusztowania, regeneracji całego organu i przeszczepienia go pacjentowi.  Tworzone w ten sposób serca przydadzą się też jako modele do przedklinicznych testów nowych leków i śledzenia rozwoju płodowego organu.

Kolejnym celem badawczym zespołu jest zbadanie, czy da radę wytworzyć tą metodą fragment ludzkiego mięśnia sercowego, który może być wykorzystany do „załatania” miejsc uszkodzonych w wyniku ataku serca. Powinno być to prostsze i tańsze, ponieważ nie wymaga tak wielu komórek MCP jak w przypadku hodowli całego organu.

Decelularyzacja jest uważna za jedną z bardziej obiecujących metod medycyny regeneracyjnej. Prace organach zwierzęcych udowodniły możliwość regeneracji fragmentów wątroby (1), czy płuc (2). Pionierem w pełnej decelularyzacji i pełnej regeneracji serca jest zespół Haralda Otta, który wytworzył ta metoda działające serce szczura (3). Komentując tamte rezultaty wyraził nadzieję, że w przyszłości będzie można wyhodować ludzkie serce na  szkielecie bardzo podobnego, świńskiego organu. Kilka miesięcy temu ogłosił wyprodukowanie szczurzej nerki, która została z powodzeniem przeszczepiona do żywego zwierzęcia (4). Obecne zespół dr Yang udowodnił, że tą metodą można stworzyć tak skomplikowane organy jak serce z ludzkimi tkankami.

Zainteresowanym polecamy krótki dokument Nature, w którym występuje min. Harald Ott