Nanojuhtmetega välja petetud südameorganoidid taastasid rottidel südamefunktsiooni

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Nanojuhtmetega välja petetud südameorganoidid taastasid rottide PlatoBlockchaini andmeintellektis südamefunktsiooni. Vertikaalne otsing. Ai.

Väikesed hõljuvad minisüdamete plekid olid otse Frankensteinist väljas. Inimese tüvirakkude ja räni nanojuhtmete segust valmistatud küborgi südame organoidid pumbasid Petri tassides kasvades veidral kombel minema.

Südamevigastustega rottidele siirdamisel kaotasid nad oma sfäärilise kuju, levides kahjustatud piirkondadesse ja ühendudes peremeesorganismi enda südamerakkudega. Kuu aja jooksul taastasid rotid suure osa oma südametegevusest.

See ei ole ulme. Uues uurimuses see kuu ühendas digitaalsed elektrilised komponendid bioloogiliste rakkudega küborgi organoidiks, mis südamepuudulikkuse loommudelitesse siirdamisel sulandus elavate, peksvate südametega ja parandas neid.

Tehnoloogia keskmes (köha, sõnamäng) on elektriliselt aktiivsed biolagunevad räni nanojuhtmed. Südamerakud sünkroniseerivad oma liikumise elektrilise aktiivsuse rütmiga, tekitades standardse "ba-bump, ba-bump" rütmi. Organoididesse sattunud nanojuhtmete annus toimis sümfoonia juhina, võimaldades laboris kasvatatud minisüdametel oma peremeestega paremini sünkroonida.

Võrreldes tavaliste südameorganoididega – mida kasvatati täpselt samamoodi, kuid ilma nanojuhtme tõuketa – taluvad küborgid paremini südames pärast infarkti vaenulikku keemilist keskkonda. Samuti on nad taastumise ajal oma peremeestega paremini ühenduses, võideldes kahjuliku kõrvalmõjuga, mida sageli täheldatakse pärast südamevigastusi.

Praegu töötab küborgi südame organoidi siirdamine ainult rottidel. Aga see on alles algus.

südame stopper

Süda on sõdur. Sünnist surmani tõmbub see usinalt kokku ja vabaneb, et pumbata hapnikuga täidetud verd ülejäänud kehasse. See on bioloogiline ime, mis püsib 100-aastastel inimestel tõetruult üle XNUMX aasta – palju kauem kui enamik tehislikke riistvarasid.

Kuid süda on ka ebaõnnestumise koht. Südamehaigused on maailmas peamine surmapõhjus. Peamine põhjus on see, et kardiomüotsüütidel – kokkutõmbuvatel südame lihasrakkudel – on väga piiratud taastumisvõime. Südameinfarkti tõttu kahjustatud armkude kasvab järk-järgult vigastatud piirkondade ümber, piirates lõpuks südame kokkutõmbumisvõimet.

Teadlased on pikka aega püüdnud ravida südamehaigusi uute tervete rakkudega. Üks populaarne idee on suunata inimese tüvirakke arenema asenduskardiomüotsüütideks. Seejärel süstitakse laboris valmistatud südamelihase rakud kahjustatud piirkondadesse. Teadlased on katsetanud ravi mitmesuguste südamehaiguste loommudelitega, sealhulgas närilistel, sigadel ja ahvilistel. Kuid terved rakud nägid vaenuliku keskkonnaga silmitsi, et ellu jääda. Need, kes seda tegid, ei suutnud südamekahjustusest usaldusväärselt taastuda, põhjustades võimalikke probleeme arütmiaga – ebaregulaarsed südamelöögid, mis tekivad siis, kui südame erinevad osad ei suuda sünkroniseeritud rütmis peksa.

Sisestage organoidid. Need struktuurid jäljendavad lõdvalt oma esialgseid kolleege nii geenides kui ka erinevates rakutüüpides. Laborinõude sees kasvatatud 3D-koelaike kasutatakse laialdaselt asendusorganitena, et testida uusi ravimeid või arendada teooriaid selle kohta, kuidas asjad kehas toimivad – näiteks kuidas parandada südameinfarkti kahjustusi. Kuid neil on ka potentsiaal kahjustatud koe asendamiseks - midagi sellist juba uuritakse eest ajukahjustused.

Kas see mõjuks ka südamele?

Tagasi 2017-sse, nägi meeskond ette mini-südame, mida nimetatakse südame organoidiks, mis ühendas erinevate rakutüüpide hautist. Toiteväärtusliku retseptiga "supi" sees kloppides jagunesid rakud mini-südame organoidideks, näiteks veresoonte võrgustikuks, mis aitab hapnikku kanda. Ometi puudus üks põhikomponent: sünkroonsus. Nagu andekas orkester ilma dirigendita, vajasid tekkinud minisüdamed rütmi hääles hoidmiseks “pulssi”.

Sisestage nanojuhtmed. Kujutage ette neid karedate lühikeste juustena, mille te maha raseerite. Need tehnoloogilise maagia kiud on valmistatud elektrit juhtivast ränist. Võrreldes varasemate kulla- või süsinikupõhiste nanojuhtmetega on need palju bioloogiliselt ühilduvamad ja lahustuvad keha sees.

Umbes kümmekond aastat tagasi, leidis meeskond üllatuslikult, et nanojuhtmed (nn e-SiNW) võivad käivitada tüvirakkudest pärinevad inimese kardiomüotsüüdid, et need kaasata, kui rakud arenevad pisikesteks laikudeks. Räniannuse lisamine muutis saadud minisüdamed tugevamaks, võimaldades konstrueeritud organoidrakkudel pulseerida südame elektrilise hääle järgi.

Süda murtud

Esimese katsena süstis meeskond nanojuhtmed otse tervete rottide südamesse. 28 päeva hiljem (ei, see pole selline zombilugu), läksid rotid oma õnnelikku teed, mis tähendab, et nanojuhtmed olid bioloogiliselt ühilduvad ja ohutud.

Järgmisena valmistasid nad umbes 1,000 inimeselt saadud südameraku ja sarnase arvu nanojuhtmetega lihapalli, millele lisati 10 päeva hiljem kopsakas annus tugirakke. Minisüda hakkas Petri tassis pulseerima vaid seitsme päevaga.

Tervetele rottidele siirdamisel hakkisid küborgi lihapallid aeglaselt oma sfäärilist kuju, mis viitab sellele, et nad integreeruvad peremehe südamekeskkonda. Vähem kui kuu jooksul moodustasid minisüdamed oma nanojuhtmetega mitu elektrilist ühendust peremeesorganismi loomulike südamerakkudega.

See näitab, et nanojuhtmega organoidid saavad elektrit ja veresooni kasutades ühendada lööva südamega, ütles meeskond.

Siis tuli ülim test: probleemide parandamine pärast südameinfarkti. Siin on südamel raske taastuda vere- ja hapnikupuudusest, sageli ummistuse, näiteks verehüübe tõttu. Kui ummistus on kõrvaldatud, tormab veri läbi veenide ja põhjustab sageli veelgi rohkem kahju. Peamine sõlmpunkt on südame vasak vatsake – elundi ülemine vasakpoolne osa. See on keha "mootor", mis pumpab välja verd, et toetada ülejäänud kudesid. See on ka selline, mis on südamehaiguste korral kergesti kahjustatud ja loob uute siirdamiste jaoks vaenuliku kohaliku keskkonna. (Kujutage ette, et proovite istutada uusi puid aktiivsesse vulkaani, mis just õhku tõusis.)

Ühes testis süstis meeskond otse küborgi organoide ja nende puhtalt bioloogilisi analooge neli päeva pärast südameinfarkti rottidele. Mõlemad siirikud seostusid oma peremeestega vaid nädal pärast siirdamist. Nanojuhtmega organoidid haakusid peremeessüdametega palju kõrgemal tasemel isegi tugevalt kahjustatud armkoega piirkondade ümber.

See on märk nende "võimest ellu jääda kahjustatud südame kõige vaenulikumates piirkondades", ütles meeskond.

Rotid, kellele anti küborgi implantaadid, taastasid palju rohkem funktsionaalsust kui ilma nanojuhtmeteta organoidid. Ümberehitamine ulatus kaugemale ainult südamest endast, et aidata kontrollida vererõhku. Sujuva verevoolu taastamisega suurendab siirdamine inimese minisüdamete terapeutilist efektiivsust, ütles meeskond.

Nanojuhtmed armastasid ka minisüdameid nende peremeestele. 28 päeva pärast ravi oli peremeeste südametes palju vähem armkude, mida tavaliselt seostatakse südamepuudulikkusega. Küborgi siirdamine mängis kenasti rottide immuunsüsteemiga, mis tavaliselt pärast südameinfarkti tõuseb. Peamised protsessis osalevad immuunrakud on makrofaagid. Need rakud võivad olla kas kuradid või inglid, vallandades surmava immuunvastuse või toetades taastumist. Võrreldes juhtmeta organoididega, lõid küborgid transplantaadis ja piiritsoonides üles osa "inglite" immuunrakkudest, et aidata parandada murtud südame funktsiooni.

Enne tulemuste inimesteni jõudmist on veel pikk tee käia. Tulemused on aga uusim loominguline tõuge organoidide kasutamisel kahjustatud elundite lappimiseks. "Terapeutiline sünergia" elektrilise nanomaterjali ja inimese miniorganite vahel ei piirdu ainult südamega. Sarnast strateegiat võiks kasutada ka teiste elektriliselt aktiivsete kudede, näiteks lihaste või aju jaoks, ütlesid autorid.

Image Credit: Tan et al/Science Advances