Organoid Jantung Ditipu Dengan Kawat Nano Memulihkan Fungsi Jantung pada Tikus

Organoid Jantung Ditipu Dengan Kawat Nano Memulihkan Fungsi Jantung pada Tikus

Stempel Waktu: 8 Agustus 2023 10
Organoid Jantung Ditipu Dengan Kawat Nano Memulihkan Fungsi Jantung pada Tikus Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

Gumpalan kecil hati mini yang mengambang langsung dari Frankenstein. Terbuat dari campuran sel induk manusia dan taburan kawat nano silikon, organoid jantung cyborg secara aneh terpompa saat tumbuh di dalam cawan Petri.

Ketika ditransplantasikan ke tikus dengan cedera jantung, mereka kehilangan bentuk bulatnya, menyebar ke daerah yang rusak dan terhubung dengan sel jantung inangnya sendiri. Dalam sebulan, tikus mendapatkan kembali sebagian besar fungsi jantungnya.

Ini bukan fiksi ilmiah. Sebuah studi baru bulan ini menghubungkan komponen listrik digital dengan sel biologis menjadi organoid cyborg yang, ketika ditransplantasikan ke model hewan gagal jantung, menyatu dengan dan memperbaiki jantung yang hidup dan berdetak.

Inti dari teknologi ini adalah kawat nano silikon biodegradable yang aktif secara elektrik. Sel-sel jantung menyinkronkan gerakan mereka dengan irama aktivitas listrik, menghasilkan ritme standar "ba-bump, ba-bump". Dosis kawat nano ke dalam organoid bertindak sebagai konduktor simfoni, memungkinkan jantung mini yang tumbuh di laboratorium untuk lebih tersinkronisasi dengan inangnya.

Dibandingkan dengan organoid jantung standar—ditumbuhkan dengan cara yang persis sama tetapi tanpa dorongan kawat nano—yang cyborg dapat lebih mentolerir lingkungan kimia yang tidak bersahabat di dalam jantung setelah serangan jantung. Mereka juga lebih terhubung dengan tuan rumah mereka selama pemulihan, melawan efek samping yang merugikan yang sering terlihat setelah cedera jantung.

Untuk saat ini transplantasi organoid jantung cyborg hanya bekerja pada tikus. Tapi itu baru permulaan.

penghenti jantung

Hati adalah seorang prajurit. Sejak lahir sampai mati, ia dengan rajin berkontraksi dan melepaskan untuk memompa keluar darah yang penuh oksigen ke seluruh tubuh. Ini adalah keajaiban biologis, dengan setia bertahan lebih dari 100 tahun pada centenarian — jauh lebih lama daripada kebanyakan alat perangkat keras buatan manusia.

Namun hati juga merupakan titik kegagalan. Penyakit jantung adalah penyebab utama kematian di seluruh dunia. Alasan utamanya adalah kardiomiosit—"sel otot" jantung yang berkontraksi—memiliki kemampuan regenerasi yang sangat terbatas. Saat rusak akibat serangan jantung, jaringan parut secara bertahap tumbuh di sekitar area yang cedera, yang pada akhirnya membatasi kemampuan jantung untuk berkontraksi.

Para ilmuwan telah lama berupaya mengobati penyakit jantung dengan sel-sel baru yang sehat. Salah satu ide populer adalah memandu sel punca manusia untuk berkembang menjadi kardiomiosit pengganti. Sel otot jantung buatan laboratorium kemudian disuntikkan ke area yang rusak. Ilmuwan telah menguji pengobatan dalam berbagai model hewan penyakit jantung, termasuk hewan pengerat, babi, dan primata bukan manusia. Tapi sel-sel sehat, ketika dihadapkan dengan lingkungan yang tidak bersahabat, berjuang untuk bertahan hidup. Mereka yang melakukannya tidak dapat pulih secara andal dari kerusakan jantung, yang mengarah ke potensi masalah aritmia — detak jantung tidak teratur yang terjadi ketika bagian jantung yang berbeda tidak dapat berdetak dalam ritme yang sinkron.

Masukkan organoid. Struktur ini secara longgar meniru rekan aslinya baik dalam gen maupun tipe sel yang beragam. Ditumbuhkan di dalam piring laboratorium, gumpalan jaringan 3D banyak digunakan sebagai organ pengganti untuk menguji obat baru atau memajukan teori tentang cara kerja sesuatu di dalam tubuh—misalnya, cara memperbaiki kerusakan akibat serangan jantung. Tapi mereka juga memiliki potensi untuk mengganti jaringan yang rusak—sesuatu yang sudah di eksplorasi untuk cedera otak.

Apakah itu juga bekerja untuk jantung?

Kembali di 2017, tim membayangkan jantung mini — disebut organoid jantung — yang menggabungkan rebusan dari berbagai jenis sel. Saat diaduk di dalam resep "sup" yang bergizi, sel-sel tersebut disusun menjadi organoid jantung mini, seperti jaringan pembuluh darah yang membantu membawa oksigen. Namun komponen kuncinya hilang: sinkroni. Seperti orkestra berbakat tanpa konduktor, mini-heart yang dihasilkan membutuhkan "denyut nadi" untuk menjaga irama tetap selaras.

Masukkan kawat nano. Bayangkan rambut kasar dan pendek yang Anda cukur. Untaian keajaiban teknologi ini terbuat dari silikon yang menghantarkan listrik. Dibandingkan dengan kawat nano berbasis emas atau karbon sebelumnya, mereka jauh lebih biokompatibel dan larut di dalam tubuh.

Kira-kira satu dekade yang lalu, tim secara mengejutkan menemukan bahwa kawat nano (disebut e-SiNW) dapat memicu kardiomiosit manusia yang berasal dari sel punca untuk menggabungkannya saat sel berkembang menjadi gumpalan kecil. Menambahkan dosis silikon membuat jantung mini yang dihasilkan lebih kuat, memungkinkan sel-sel organoid yang direkayasa untuk berdenyut mengikuti irama listrik jantung.

Patah Hati

Sebagai tes pertama, tim langsung menyuntikkan kabel nano ke jantung tikus yang sehat. 28 hari kemudian (tidak, ini bukan cerita zombie semacam itu), tikus-tikus itu pergi dengan cara bahagia mereka, yang berarti bahwa kawat nano itu biokompatibel dan aman.

Selanjutnya, mereka membuat "bakso" dengan kira-kira 1,000 sel jantung yang berasal dari manusia dan jumlah kawat nano yang serupa, dengan dosis besar sel pendukung ditambahkan 10 hari kemudian. Jantung mini mulai berdenyut di dalam cawan Petri hanya dalam tujuh hari.

Ketika ditransplantasikan ke tikus yang sehat, bakso cyborg perlahan-lahan merobek bentuk bulatnya, menunjukkan bahwa mereka berintegrasi ke dalam lingkungan jantung inang. Dalam waktu kurang dari sebulan, jantung mini—dengan kabel nanonya—membentuk banyak sambungan listrik dengan sel jantung alami inang.

Ini menunjukkan bahwa organoid nanowired dapat terhubung dengan detak jantung menggunakan listrik dan pembuluh darah, kata tim tersebut.

Kemudian datang ujian terakhir: memperbaiki masalah setelah serangan jantung. Di sini, jantung berjuang untuk pulih dari kekurangan darah dan oksigen, seringkali karena penyumbatan seperti gumpalan darah. Setelah sumbatan dibersihkan, darah mengalir melalui pembuluh darah dan seringkali menyebabkan lebih banyak kerusakan. Hub utama adalah ventrikel kiri di jantung — bagian kiri atas organ. Ini adalah "mesin" tubuh, memompa darah untuk mendukung sisa jaringan. Itu juga salah satu yang mudah rusak pada penyakit jantung dan menghasilkan lingkungan lokal yang tidak bersahabat untuk transplantasi baru. (Bayangkan mencoba menanam pohon baru di dalam gunung berapi aktif yang baru saja meledak.)

Dalam satu tes, tim secara langsung menyuntikkan organoid cyborg dan rekan biologis murni mereka ke tikus empat hari setelah serangan jantung. Kedua cangkok terkait dengan inangnya hanya seminggu setelah transplantasi. Organoid nanowired menyatu dengan jantung inang pada tingkat yang jauh lebih tinggi bahkan di sekitar area yang rusak berat dengan jaringan parut.

Itu adalah tanda "kemampuan mereka untuk bertahan hidup di daerah yang paling tidak bersahabat" dari hati yang rusak, kata tim tersebut.

Tikus yang diberi implan cyborg mengembalikan fungsionalitas jauh lebih banyak daripada organoid tanpa kabel nano. Pembangunan kembali melampaui jantung itu sendiri untuk membantu mengontrol tekanan darah. Dengan memulihkan aliran darah yang lancar, transplantasi "menambah kemanjuran terapeutik" jantung mini manusia, kata tim tersebut.

Kabel nano juga membuat hati mini disayangi oleh tuan rumah mereka. 28 hari setelah perawatan, jantung inang memiliki jaringan parut yang jauh lebih sedikit yang biasanya dikaitkan dengan gagal jantung. Transplantasi cyborg bermain baik dengan sistem kekebalan tikus, yang biasanya meningkat setelah serangan jantung. Sel imun utama yang terlibat dalam proses ini adalah makrofag. Sel-sel ini bisa berupa setan atau malaikat, memicu respons kekebalan yang mematikan atau mendukung pemulihan. Dibandingkan dengan organoid tanpa kawat, yang cyborg menabrak bagian sel kekebalan "malaikat" di zona cangkok dan perbatasan untuk membantu memperbaiki fungsi jantung yang rusak.

Ada jalan panjang yang harus ditempuh sebelum hasilnya diterjemahkan ke manusia. Namun, hasilnya adalah dorongan kreatif terbaru untuk menggunakan organoid untuk menambal organ yang rusak. “Sinergi terapeutik” antara bahan nano elektrik dan organ mini manusia tidak terbatas pada jantung. Strategi serupa dapat digunakan untuk jaringan aktif listrik lainnya seperti otot atau otak, kata penulis.

Gambar Kredit: Tan et al/Ilmu Kemajuan

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity