Naukowcy opracowali trójwymiarowy układ serca na chipie (HOC), który z niespotykaną precyzją naśladuje tkankę ludzkiego serca, potencjalnie rewolucjonizując badania leków na układ sercowo-naczyniowy i leczenie chorób serca. Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów na świecie, a ta technologia rozwiązuje krytyczny problem: trudność w bezpiecznym testowaniu leków i zrozumieniu reakcji serca bez narażania życia ludzkiego.
Problemy z istniejącymi metodami testowania
Tradycyjnie ocena wpływu leku lub choroby na serce wymaga wykorzystania modeli zwierzęcych (które nie zawsze przekładają się na ludzi) lub badań klinicznych na prawdziwych pacjentach. Ten nowy HOC oferuje kompromis: funkcjonalna, bijąca tkanka serca, stworzona w laboratorium, która może przewidywalnie reagować na leki. Kluczowa innowacja polega na możliwości monitorowania aktywności zarówno na poziomie całej tkanki, jak i poziomu komórkowego w czasie rzeczywistym.
Poprzednie HOC nie posiadały tak precyzyjnych systemów wykrywania, co oznaczało, że nie mogły wiarygodnie wykryć subtelnych zmian w poszczególnych komórkach serca, co jest czynnikiem krytycznym, ponieważ wiele chorób serca zaczyna się od dysfunkcji na poziomie mikroskopowym.
Jak działa serce na chipie
Zespół badawczy z instytucji kanadyjskich stworzył HOC przy użyciu komórek mięśnia sercowego i tkanki łącznej pobranych od szczurów. Komórki te osadzono w matrycy żelowej sprzyjającej wzrostowi i wysiano na elastyczne chipy krzemowe. W skład systemu wchodzą dwa typy czujników:
- Makroczujniki: Elastyczne pręty odkształcają się przy każdym uderzeniu serca, mierząc ogólną siłę skurczu.
- Mikroczujniki: Drobne kropelki hydrożelu (o wielkości 50 mikrometrów) wykrywają lokalne naprężenia mechaniczne na poziomie komórkowym.
Ta platforma podwójnego wykrywania pozwala naukowcom zobaczyć, jak siły komórkowe wpływają na zachowanie tkanek, w tym na wzrost, gojenie, a nawet progresję raka. Zespół z powodzeniem zademonstrował funkcjonalność HOC, traktując go norepinefryną (w celu zwiększenia aktywności serca) i blebbistatyną (w celu jej zmniejszenia), co przyniosło oczekiwane reakcje.
Dlaczego to ma znaczenie: medycyna precyzyjna w leczeniu chorób serca
Ten przełom ma bezpośrednie konsekwencje dla rozwoju leków. HOC można teraz stosować do badania związków przed badaniami klinicznymi na ludziach, przyspieszając proces i zmniejszając ryzyko. Co ważniejsze, otwiera drzwi do medycyny spersonalizowanej : możliwości przetestowania własnych komórek pacjenta pod kątem różnych metod leczenia w celu określenia najskuteczniejszej opcji przed przepisaniem leku.
„Ten przełom jeszcze bardziej przybliża nas do prawdziwej medycyny precyzyjnej” – mówi Houman Savogyi, główny badacz. „Dzięki nam możliwość zidentyfikowania najskuteczniejszego leku dla każdej osoby przed rozpoczęciem leczenia”.
Przyszłe kierunki
Zespół planuje modelować określone zaburzenia serca, takie jak kardiomiopatia rozstrzeniowa i arytmie, wykorzystując komórki pochodzące od pacjentów cierpiących na te schorzenia. Umożliwi to bardziej realistyczne badania i potencjalnie doprowadzi do opracowania ukierunkowanych terapii. Heart-on-a-chip stanowi znaczący krok w przyszłość, w której leczenie chorób serca będzie dostosowane do indywidualnych potrzeb, poprawiając wyniki i zmniejszając globalne obciążenie chorobami układu krążenia.
