Harvard Üniversitesinde Fonksiyonel Kalp Ventrikülü Geliştirildi

Harvard Üniversitesi araştırmacıları biyomühendislik ile, hastalıkları incelemek, ilaçları test etmek ve aritmi gibi kalp rahatsızlıkları için hastaya özel tedaviler geliştirmek için kullanılabilecek insan sol kalp ventrikülünün üç boyutlu bir modelini yaptı.

Doku insan kalp hücreleri ile tohumlanmış nanofiber bir iskele ile tasarlanmıştır. Harvard araştırmacıları insan kalp hücrelerini nanofiber iskeletler üzerine inşa ederek yeni bir model tasarladı. İlk olarak biyobozunur polyester ve jelatin ile iplikler yapıldı sonra bunlar bir koni şeklinde bir toplayıcı cihaz üzerinde toplandı ve aynı yönde sarıldı. Bu, araştırmacıların, klinikte kullanılan basınç-hacim döngüleri ve ultrason da dahil olmak üzere, aynı araçların birçoğunu kullanarak kalp fonksiyonu üzerinde çalışmasına olanak sağlar. Araştırma Nature Biomedical Engineering’de yayımlanmıştır.

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu, Tarr Ailesi Biyomühendislik ve Uygulamalı Fizik bölümü akademisyeni ve çalışmanın kıdemli yazarı. Prof Dr  Kit Parker “ Ekibimiz çalışma için 10 yıl bir süre harcadı. Yaptığımız çalışma tam bir kalbi inşa etme yolunda önemli bir adımdır.” diyor. Parker aynı zamanda Harvard Kök Hücre Enstitüsü ve Harvard Materyalleri Araştırma Bilim ve Mühendislik Merkezi'nde Biyolojik Olarak Esinlenilmiş Mühendislik için Wyss Enstitüsü'nün Temel Öğretim Üyesi'dir. Araştırmacı kurumlar arasonda, SEAS, Wyss, Boston Çocuk Hastanesi ve Harvard Stem Cell Institute (HSCI) yer alıyor.

Bu çalışmanın yazarlarından ve SEAS ve Wyss'teki doktora sonrası arkadaşı olan Luke MacQueen “Bu projenin uzun vadeli amacı, insan modelleriyle ve özellikle hastaya özgü insan modelleriyle birlikte hayvan modellerini değiştirmek veya takviye etmektir. Gelecekte, hasta kök hücreleri toplanabilir ve tüm organlarının bazı özelliklerini kopyalayan doku modelleri oluşturmak için kullanılabilir” dedi.

Harvard Tıp Fakültesi Pediatri Profesörü ve HSCI Ana Bilim Dalı üyesi ve makalenin ortak yazarı William Pu , “Gerçek hasta hastalıklarının daha fazla fizyolojik modeli için heyecan verici bir kapı açıldı. Bu modeller sadece hasta mutasyonlarını değil, hastanın tüm genetik geçmişini de paylaşıyor” dedi. 

Fonksiyonel bir ventrikül oluşturmanın anahtarı dokunun eşsiz yapısını yeniden yaratmasıdır. Orijinal kalplerde, paralel miyokardiyal lifler, uçtan uca, içi boş, koni şeklindeki bir yapı oluşturan hizalamak ve birleştirmek için tuğla şeklindeki kalp hücrelerine rehberlik eden bir iskele görevi görür. Kalp atınca, hücreler bir akordeon gibi genişler ve büzülür. İskele inşa edildikten sonra araştırmacılar ventrikülü, sıçan miyositleri veya indüklenmiş kök hücrelerden insan kardiyomiyositleri ile kültüre ettiler. Üç ila beş gün içinde, ince bir doku iskele duvarını kaplarken, hücreler senkronize oldu.  

Araştırmacılar dokuyu adrenaline benzer bir ilaç olan isoproterenole maruz bıraktılar ve insan ve sıçan kalplerinde olduğu gibi ritim oranı olarak ölçüldüler. Araştırmacılar ayrıca ventrikülde miyokard enfarktüsünü taklit etmek için delikler açmışlar ve kalp krizi ile sonuçlanan bir petri kabındaki etkisini araştırmışlardır. Ventrikülü uzun süreler boyunca daha iyi incelemek için araştırmacılar, isteğe bağlı supap ekleri, kateterler için ek giriş portları ve isteğe bağlı ventriküler destek kabiliyetleri için ayrı bölmelere sahip bağımsız bir biyoreaktör oluşturdular.

Araştırmacılar, indüklenmiş kök hücrelerden insan kardiyomiyositlerini kullanarak 6 ay boyunca ventrikülleri kültüre ederek sabit basınçlı hacim döngülerini ölçebildiler. MacQueen, “Bu ventrikülü uzun süreler boyunca inceleyebilmemiz, hastalardaki hastalıkların ilerleyişini incelemek için ve aynı zamanda ilaç tedavilerinin geliştirilmesi yolunda iyi bir haber” dedi. Daha sonra, araştırmacılar, dokudan daha yüksek üretime olanak sağlayan ventriküllerin tohumlanması için hastadan türetilmiş, önceden ayırt edilmiş kök hücreleri kullanmayı amaçlamaktadır.

Parker; “Kardiyak miyositler, daha sonra kalp dokuları, daha sonra deniz organizmaları taklitlerinde kas pompaları ve şimdi bir ventrikül nasıl yapılacağını öğrenerek başladık. Bu arada, kas pompalarının bazı temel tasarım yasalarını açığa çıkardık ve bu yasalar hastalık tarafından bozulduğunda kalbin nasıl düzeltileceğine dair fikirler geliştirdik. Dört odacıklı bir kalp inşa etmek için uzun bir yolumuz var ama ilerlememiz hızlanıyor ” diyor.

Kaynak: https://www.seas.harvard.edu/news/2018/07/3-d-model-of-human-heart-ventricle