In het lab gekweekt hartweefsel met geïntegreerde nanodraden verbetert het herstel van een beschadigd hart. Zo blijkt uit een nieuwe studie bij ratten.
Ziektes aan het hart leiden wereldwijd tot ongeveer 19 miljoen sterfgevallen per jaar. Dit komt met name doordat het menselijke hart geen nieuwe cellen kan aanmaken na een hartaanval of ander hartletsel, wat vaak leidt tot hartfalen. Om dit probleem te tackelen kijken onderzoekers of menselijke stamcellen gebruikt kunnen worden om het hart weer te herstellen. Stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot cardiomyocyten; de spiercellen die verantwoordelijk zijn voor het samentrekken van het hart. De hoop is dat het injecteren van deze cellen in het beschadigde weefsel ten goede komt aan het herstel.
Uit eerder onderzoek bij verschillende proefdieren bleek al dat stamcel-afgeleide hartcellen toedienen na een hartinfarct het spierweefsel van het beschadigde hart weer sterker maakt en de samentrekkende functie doet toenemen. Nadeel is wel dat deze cellen vaak geïnjecteerd worden als losse cellen, waardoor veel cellen doodgaan of verloren raken in de bloedbaan. Daarnaast zijn er zogenaamde ‘hart-patches’ ontwikkeld om hartinfarcten te behandelen, maar deze vereisen complexe fabricatiemethoden en invasieve ingrepen. Er zijn dus nog veel fundamentele obstakels te overwinnen.
Hartorganoïden
Een alternatief is het gebruik van organoïden. Een organoïde is een driedimensionaal mini-orgaantje dat gekweekt wordt uit stamcellen en uit meerdere celtypes bestaat. Ondanks dat ze vaak nog geen millimeter groot zijn, zijn ze wel zelfregulerend en vertonen ze gelijkenissen met de functie en structuur van het oorspronkelijke orgaan. Transplantatie van deze organoïden kan een herstellend vermogen hebben. Dit is al gezien in de darm, alvleesklier, lever, netvlies, hersenen en longen. Hartorganoïden worden al gebruikt voor het testen van medicijnen, maar er is meer onderzoek nodig om te weten of ze ook echt in staat zijn om beschadigd weefsel te herstellen.
In deze nieuwe studie gepubliceerd in Science Advances, is er een hartorganoïde ontwikkeld met elektrisch geleidende nanodraden. Het prikkelen van de hartcellen met deze elektrische activiteit zorgt ervoor dat de cellen actiever worden en dat het weefsel eerder herstelt. Het team heeft gebruikgemaakt van siliciumnanodraden. Die hebben in vergelijking met andere elektrisch geleidende nanomaterialen (bijvoorbeeld gouden nanodraden) verschillende voordelen, waaronder hun biologische afbreekbaarheid en controleerbare elektrische geleidbaarheid. Het is nu voor het eerst dat deze draden ingezet worden op deze manier.
Verbeterde functie bij bedrade organoïden
De organoïden (bestaande uit cardiomyocyten, ondersteunende niet-myocyte cellen en de geïntegreerde nanodraden) werden vervolgens in de beschadigde harten van zes ratten geïnjecteerd. Dit resulteerde in verhoogde samentrekking van de cellen, verhoogde celdeling, meer vaatvorming en sneller herstel van de hartfunctie in vergelijking met onbedrade organoïden. De hartfunctie bleek aanzienlijk verbeterd te zijn na 28 dagen.
‘Deze bevindingen tonen synergie aan tussen menselijke hartorganoïden en elektrisch geleidende nanomaterialen om de efficiëntie en therapeutische werkzaamheid van de transplantatie te bevorderen. We hopen dat deze celtherapie in de toekomst ingezet kan worden om hartziekten bij mensen te behandelen’, schrijven Tan et al. (auteurs van de studie).
Expert op het gebied van vasculaire en regeneratieve geneeskunde Christine Mummery (Leids Universitair Medisch Centrum) reageert: ‘De nanodraden worden hier elektrische gestimuleerd voordat ze worden geïnjecteerd. Het gebruik van nanodraden is een elegante manier om de stimulatie uit te voeren om ervoor te zorgen dat alle microweefsels op exact dezelfde manier worden gestimuleerd. Het is een interessant artikel, maar het is goed om te onthouden dat het onderzoek is uitgevoerd bij ratten, dus de stap naar mensen is nog groot. Daarnaast heeft het team een aantal celtypen gebruikt die waarschijnlijk klinisch niet acceptabel zijn. Die vertaalslag moet nog gemaakt worden.’
