Wetenschappers hebben een driedimensionaal ‘hart-op-een-chip’ (HOC) ontwikkeld dat menselijk hartweefsel met ongekende nauwkeurigheid nabootst, wat mogelijk een revolutie teweegbrengt in de manier waarop cardiovasculaire medicijnen worden getest en hoe hartziekten worden behandeld. Hart- en vaatziekten zijn wereldwijd doodsoorzaak nummer één, en deze technologie pakt een kritiek knelpunt aan: de moeilijkheid om veilig medicijnen te testen en hartreacties te begrijpen zonder mensenlevens in gevaar te brengen.
Het probleem met de huidige testmethoden
Traditioneel vereist het beoordelen van de invloed van een medicijn of ziekte op het hart diermodellen (die zich niet altijd goed vertalen naar mensen) of klinische onderzoeken met echte patiënten. Dit nieuwe HOC biedt een middenweg: een functioneel, kloppend hartweefsel dat in een laboratorium is ontwikkeld en dat voorspelbaar op medicijnen kan reageren. De belangrijkste innovatie is het vermogen om de activiteit op zowel weefselbreed als cellulair niveau in realtime te volgen.
Bij eerdere HOC’s ontbrak deze detectie met hoge resolutie, wat betekent dat ze niet op betrouwbare wijze subtiele veranderingen in individuele hartcellen konden detecteren – een cruciale factor, omdat veel hartziekten beginnen met disfunctie op microscopisch niveau.
Hoe het “hart-op-een-chip” werkt
Het onderzoeksteam van Canadese instellingen creëerde het HOC met behulp van hartspier- en bindweefselcellen afkomstig van ratten. Deze cellen werden ingebed in een groeibevorderende gelmatrix en uitgezaaid op flexibele siliciumchips. Het systeem bevat twee sensortypen:
- Sensoren op macroschaal: Elastische pilaren vervormen bij elke hartslag en meten de algehele contractiele kracht.
- Sensoren op microschaal: Kleine hydrogeldruppeltjes (50 micrometer groot) vangen lokale mechanische spanningen op cellulair niveau op.
Met dit dual-sensingplatform kunnen wetenschappers zien hoe door cellen gegenereerde krachten het weefselgedrag beïnvloeden, inclusief groei, genezing en zelfs de progressie van kanker. Het team demonstreerde met succes de functionaliteit van het HOC door het te behandelen met noradrenaline (om de hartactiviteit te verhogen) en blebbistatine (om de hartactiviteit te verminderen), die beide de verwachte reacties opleverden.
Waarom dit belangrijk is: precisiegeneeskunde voor hartziekten
Deze doorbraak heeft onmiddellijke gevolgen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Het HOC kan nu worden gebruikt om verbindingen te screenen vóór proeven op mensen, waardoor het proces wordt versneld en het risico wordt verminderd. Belangrijker nog is dat het de deur opent naar gepersonaliseerde geneeskunde : de mogelijkheid om de eigen cellen van een patiënt te testen op verschillende behandelingen om de meest effectieve optie te identificeren voordat medicatie wordt voorgeschreven.
“Deze doorbraak brengt ons nog dichter bij echte precisiegezondheid”, zegt Houman Savoji, een hoofdonderzoeker. “Door ons de mogelijkheid te geven om voor elke persoon de meest effectieve medicatie te identificeren, nog voordat de behandeling wordt toegediend.”
Toekomstige richtingen
Het team is van plan specifieke hartaandoeningen, zoals gedilateerde cardiomyopathie en aritmieën, te simuleren door cellen van patiënten met deze aandoeningen te gebruiken. Dit zal realistischer testen mogelijk maken en mogelijk leiden tot gerichte therapieën. Het ‘hart-op-een-chip’ vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van een toekomst waarin hartbehandelingen worden afgestemd op individuele behoeften, waardoor de resultaten worden verbeterd en de mondiale last van hart- en vaatziekten wordt verminderd.
