Vědci vyvinuli 3D heart-on-a-chip (HOC), které s nebývalou přesností napodobuje lidskou srdeční tkáň, což může způsobit revoluci v testování kardiovaskulárních léků a léčbě srdečních onemocnění. Kardiovaskulární onemocnění jsou celosvětově hlavní příčinou úmrtí a tato technologie řeší zásadní problém: obtížnost bezpečného testování léků a pochopení reakce srdce bez riskování lidského života.
Problémy se stávajícími testovacími metodami
Hodnocení účinků léku nebo nemoci na srdce tradičně vyžaduje buď použití zvířecích modelů (které se ne vždy dobře přenesou na lidi), nebo klinické studie na skutečných pacientech. Tento nový HOC nabízí kompromis: funkční, bijící srdeční tkáň, vytvořená v laboratoři, která může předvídatelně reagovat na léky. Klíčová inovace spočívá v jeho schopnosti monitorovat aktivitu jak na úrovni celé tkáně, tak na úrovni buněčné v reálném čase.
Předchozí HOC neměly tak vysoce přesné snímací systémy, což znamenalo, že nemohly spolehlivě detekovat jemné změny v jednotlivých srdečních buňkách – kritický faktor, protože mnoho srdečních onemocnění začíná dysfunkcí na mikroskopické úrovni.
Jak funguje Heart-on-a-Chip
Výzkumný tým z kanadských institucí vytvořil HOC pomocí buněk srdečního svalu a pojivové tkáně odebraných z krys. Tyto buňky byly uloženy v gelové matrici podporující růst a nasazeny na flexibilní silikonové čipy. Systém obsahuje dva typy senzorů:
- Makrosenzory: Elastické tyče se deformují při každém úderu srdce a měří celkovou kontrakční sílu.
- Mikrosenzory: Drobné kapičky hydrogelu (velikost 50 mikrometrů) detekují místní mechanické napětí na buněčné úrovni.
Tato platforma duálního snímání umožňuje vědcům vidět, jak buněčné síly ovlivňují chování tkání, včetně růstu, hojení a dokonce i progrese rakoviny. Tým úspěšně prokázal funkčnost HOC léčbou norepinefrinem (pro zvýšení srdeční aktivity) a blebbistatinem (pro její snížení), přičemž oba tyto účinky přinesly očekávané reakce.
Proč na tom záleží: Přesná medicína na srdeční choroby
Tento průlom má bezprostřední důsledky pro vývoj léků. HOC lze nyní použít ke screeningu sloučenin před klinickými zkouškami na lidech, čímž se urychlí proces a sníží se rizika. A co je důležitější, otevírá dveře personalizované medicíně : možnost testovat pacientovy vlastní buňky proti různým způsobům léčby a určit nejúčinnější možnost před předepsáním léku.
„Tento průlom nás přivádí ještě blíže ke skutečné přesné medicíně,“ říká Houman Savogyi, vedoucí výzkumník. “Dává nám to možnost identifikovat nejúčinnější lék pro každého člověka před zahájením léčby.”
Budoucí směry
Tým plánuje modelovat specifické srdeční poruchy, jako je dilatační kardiomyopatie a arytmie, pomocí buněk od pacientů s těmito stavy. To umožní realističtější zkoušky a potenciálně povede k cílené léčbě. Heart-on-a-chip představuje významný krok směrem k budoucnosti, kde je léčba srdečních onemocnění přizpůsobena individuálním potřebám, zlepšuje výsledky a snižuje globální zátěž kardiovaskulárních onemocnění.
