Nanowire-stillads understøtter kunstigt hjertevæv – Physics World

Nanowire-stillads understøtter kunstigt hjertevæv – Physics World

Tidsstempel: 22. august 2023 kl. 3

Kardiogram
Organoid stillads: de siliciumbaserede nanotråde accelererede udviklingen af ​​stamceller til sundt, velfungerende væv i hjerter. (Med høflighed: iStock/gimbat)

Ved hjælp af et stillads lavet af ledende silicium nanotråde har forskere i USA udviklet kunstigt hjertevæv, som de siger let kunne transplanteres ind i naturligt væv. Ledet af Ying Mei på Clemson University håber holdet, at deres teknik kan være en game changer i den globale indsats for at behandle hjertesygdomme.

Tilsammen er hjerte-kar-sygdomme den førende dødsårsag på verdensplan og tager anslået 17.9 millioner liv hvert år ifølge Verdenssundhedsorganisationen. En af hovedårsagerne til, at disse tilstande er så udbredte, er, at hjerteceller har en begrænset evne til at regenerere sig selv, når de er beskadiget, hvilket gør det særligt udfordrende for forskere at udvikle effektive behandlinger.

Blandt de mest lovende fremskridt inden for hjertesygdomsforskning involverer brugen af ​​hjerteceller afledt af stamceller, som normalt sprøjtes direkte ind i beskadiget hjertemuskel. Indtil videre er denne teknik blevet brugt til at genoprette hjertesammentrækningen hos flere forskellige typer dyr - men er stadig langt fra at blive en medicinsk holdbar behandling. Blandt de ting, der holder teknikken tilbage, er den lave overlevelsesrate for injicerede celler og en begrænset genopretning af hjertets fulde funktion – især den regelmæssige rytme af dets sammentrækning.

Miniaturiserede, organlignende strukturer

For nylig er der opnået fremskridt inden for stamcellebehandlinger for en række andre organer, herunder hjernen, lungerne og nethinden. Hver af disse undersøgelser involverede transplantation af organoider. Det er miniaturiserede, organlignende strukturer, der kan dyrkes i laboratoriet fra stamceller, og som replikerer strukturen og funktionen af ​​et rigtigt organ.

Selvom hjerteorganoider allerede har vist sig at være en fremragende platform til modellering af hjertesygdomme og afprøvning af nye lægemidler, kræver deres potentiale til behandling af hjertesygdomme stadig yderligere undersøgelser.

I deres undersøgelse undersøgte Meis team, om hjerteorganoider kunne fås til at trække sig sammen i regelmæssige rytmer ved at dyrke vævet i stilladser lavet af elektrisk ledende siliciumnanotråde.

Biokompatibel og bionedbrydelig

I biologiske applikationer tilbyder silicium en lang række fordele sammenlignet med andre ledende nanomaterialer. Gennem en række tests på hjertevæv hos rotter viste holdet, at materialet er biokompatibelt, bionedbrydeligt, har en let justerbar ledningsevne og let justerbare dimensioner og overflader – alt dette ville være afgørende for at sikre den største chance for succes for en implanteret organoid.

Gennem en omhyggeligt styret proces skabte Mei og kolleger en organoid fra en blanding af stamcelle-afledte hjerteceller, stromale bindevævsceller og endotelceller - som beklæder væggene i blodkarrene.

I eksperimentet samlede disse celler sig omkring et prækonstrueret siliciumstillads for at danne en nanowired organoid. Lige som holdet håbede, udførte dette miniaturevæv mange af hjertets vigtigste funktioner, inklusive dets regelmæssige sammentrækningsrytme.

Da forskerne injicerede deres nanowirede organoider i rottehjerter, registrerede de en langt højere celleoverlevelsesrate sammenlignet med unwired organoids. Dette fremskyndede udviklingen af ​​dets stamceller til sundt, velfungerende hjertevæv.

Meis team håber, at deres forskning kan være en vigtig milepæl i retning af mulige nye behandlinger for hjertesygdomme. Hvis den samme succes kan genskabes med organoider dyrket fra menneskelige stamceller, kan det bane vejen for behandlinger, som gør det muligt for patienters hjertevæv at regenerere og genoprette dets fulde funktion. Til gengæld kan brugen af ​​siliciumnanowire stilladser i sidste ende føre til nye behandlinger skræddersyet til forskellige typer hjertesygdomme, med potentiale til at redde millioner af liv.

Forskningen er beskrevet i Science Forskud.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden