Nanodraadsteiger ondersteunt kunstmatig hartweefsel - Physics World

Nanodraadsteiger ondersteunt kunstmatig hartweefsel - Physics World

Tijdstempel: 22 augustus 2023 3:04 uur

kardiogram
Organoïde scaffold: de op silicium gebaseerde nanodraden versnelden de ontwikkeling van stamcellen tot gezond, goed functionerend weefsel in hartslagharten. (Met dank aan iStock/gimbat)

Met behulp van een stellage gemaakt van geleidende silicium nanodraden hebben onderzoekers in de VS kunstmatig hartweefsel ontwikkeld waarvan zij zeggen dat het gemakkelijk in natuurlijk weefsel kan worden getransplanteerd. Geleid door Ying Mei aan de Clemson Universiteit hoopt het team dat de techniek een doorbraak kan betekenen in de mondiale inspanningen om hartziekten te behandelen.

Samen zijn hart- en vaatziekten wereldwijd de belangrijkste doodsoorzaak, waarbij volgens de Wereldgezondheidsorganisatie jaarlijks naar schatting 17.9 miljoen mensen om het leven komen. Een van de belangrijkste redenen waarom deze aandoeningen zo vaak voorkomen, is dat hartcellen een beperkt vermogen hebben om zichzelf te regenereren als ze beschadigd zijn, waardoor het voor onderzoekers bijzonder lastig is om effectieve behandelingen te ontwikkelen.

Een van de meest veelbelovende ontwikkelingen in het onderzoek naar hartziekten betreft het gebruik van hartcellen afkomstig van stamcellen, die gewoonlijk rechtstreeks in de beschadigde hartspier worden geïnjecteerd. Tot nu toe is deze techniek gebruikt om de hartcontractie bij verschillende diersoorten te herstellen, maar het is nog lang niet een medisch haalbare behandeling. Tot de zaken die deze techniek tegenhouden, behoren onder meer het lage overlevingspercentage van geïnjecteerde cellen en een beperkt herstel van de volledige functie van het hart – vooral het regelmatige ritme van zijn samentrekking.

Geminiaturiseerde, orgelachtige structuren

Onlangs is er vooruitgang geboekt bij stamcelbehandelingen voor een verscheidenheid aan andere organen, waaronder de hersenen, de longen en het netvlies. Bij elk van deze onderzoeken ging het om de transplantatie van organoïden. Dit zijn geminiaturiseerde, orgaanachtige structuren die in het laboratorium uit stamcellen kunnen worden gekweekt en die de structuur en functie van een echt orgaan nabootsen.

Hoewel cardiale organoïden al bewezen hebben een uitstekend platform te zijn voor het modelleren van hartziekten en het testen van nieuwe medicijnen, vereist hun potentieel voor de behandeling van hartziekten nog verder onderzoek.

In hun onderzoek onderzocht het team van Mei of cardiale organoïden in regelmatige ritmes konden samentrekken door het weefsel te laten groeien in steigers gemaakt van elektrisch geleidende silicium nanodraden.

Biocompatibel en biologisch afbreekbaar

In biologische toepassingen biedt silicium tal van voordelen ten opzichte van andere geleidende nanomaterialen. Door middel van een reeks tests op hartweefsel bij ratten heeft het team aangetoond dat het materiaal biocompatibel en biologisch afbreekbaar is, een gemakkelijk afstelbare geleidbaarheid heeft en gemakkelijk aanpasbare afmetingen en oppervlakken – die allemaal van cruciaal belang zijn om de grootste kans op succes te garanderen voor een hartoperatie. geïmplanteerde organoïde.

Via een zorgvuldig gecontroleerd proces creëerden Mei en collega's een organoïde uit een mengsel van uit stamcellen afkomstige hartcellen, stromale bindweefselcellen en endotheelcellen – die de wanden van bloedvaten bekleden.

In het experiment verzamelden deze cellen zich rond een vooraf geconstrueerd siliciumscaffold om een ​​organoïde met nanodraden te vormen. Precies zoals het team had gehoopt, vervulde dit miniatuurweefsel veel van de belangrijkste functies van het hart, waaronder het regelmatige contractieritme.

Toen de onderzoekers hun nanobedrade organoïden in rattenharten injecteerden, registreerden ze een veel hoger celoverlevingspercentage vergeleken met niet-bedrade organoïden. Dit versnelde de ontwikkeling van de stamcellen tot gezond, goed functionerend hartweefsel.

Het team van Mei hoopt dat haar onderzoek een belangrijke mijlpaal kan zijn in de richting van haalbare nieuwe behandelingen voor hartziekten. Als hetzelfde succes kan worden herhaald met organoïden die zijn gekweekt uit menselijke stamcellen, zou dit de weg kunnen vrijmaken voor behandelingen waarmee het hartweefsel van patiënten kan regenereren en zijn volledige functie kan herstellen. Op zijn beurt kan het gebruik van silicium nanodraden uiteindelijk leiden tot nieuwe behandelingen die zijn afgestemd op verschillende soorten hartziekten, met het potentieel om miljoenen levens te redden.

Het onderzoek is beschreven in Wetenschap Advances.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld