Vedcom sa prvýkrát v histórii podarilo vytvoriť samoorganizujúce miniatúrne orgány, ktoré sa nápadne podobajú ľudskému srdcu. Hoci vzniknuté organoidy pripomínajú srdcia iba 25 dní starých ľudských embryí, môžu výrazným spôsobom pomôcť pri testovaní liekov či pri liečbe chorôb srdca. O téme informovali známe vedecké portály ako Sciencealert, či Interesting Engineering.

Významný míľnik

Nová štúdia publikovaná v žurnále Cell ukazuje, ako tieto miniatúrne srdcia bijú spôsobom, ktorý pripomína skutočný tlkot srdca. Ide o organoidy, teda miniaturizované a veľmi zjednodušené verzie orgánu, v tomto prípade srdca, vyrobené in vitro (skúmavka, Petriho miska) v troch rozmeroch, vykazujúce realistickú mikroanatómiu.

Tieto organoidy, respektíve kardioidy, sú veľké ako sezamové semiačka a sú považované za prvé „minisrdcia“ s jasne tlčúcimi komorami vytvorené v laboratóriu, píše sa na webe prestížneho žurnálu Science.

Schéma vytvárania srdcového organoidu. Pablo Hofbauer el al./ Cell

Hoci miniorgány podobné našim črevám, pečeni či mozgu dokážeme v laboratórnych podmienkach „pestovať“ už viac ako 10 rokov, srdcový organoid sa zatiaľ vytvoriť nepodarilo. Zrejme za to môže aj fakt, že ľudské srdce je nesmierne zložitý orgán, ktorý sa v embryu vytvára ako prvý. Samozrejme nejaké pokusy o vytvorenie srdcového organoidu tu už boli.

Tie prvé pozostávali zo srdcových buniek myší a aj keď dokázali v miske pravidelne tĺcť, na ľudské srdce sa nepodobali ani zďaleka. Ďalšie pokusy potom priniesli veľmi primitívne orgány podobné srdcu, avšak na ich vytvorenie boli použité rôzne podklady (scaffold) alebo matrice (matrix), okolo ktorých sa bunky mohli hromadiť.

Teraz sa však vedcom podarilo vypestovať prvé samoorganizujúce (organizujú sa samé podobne ako bunky v embryu) kardioidy. Na ich vytvorenie autori novej štúdie museli „naprogramovať“ ľudské pluripotentné kmeňové bunky (bunky, z ktorých môžu vznikať bunky rôznych tkanív) na rôzne typy srdcových buniek, pomocou šiestich signálnych dráh, o ktorých vieme, že koordinujú vývoj srdca v ľudskom embryu.

Cieľom bolo vytvoriť tri tkaninové vrstvy, ktoré sú prítomné v stenách srdcovej komory, jednej z prvých častí srdca, ktorá sa vyvinie. Ďalej sa vedci už zrejme „hrali“ štýlom „pokus omyl“, kmeňové bunky ponorili do koncentrácie rôznych rast podporujúcich živín, až kým sa im nepodarilo bunky prehovoriť , aby vytvárali tkanivá v rovnakom poradí a tvare ako je možné bádať v embryách.

NEPREHLIADNI
Ľudské bunky rástli v opičích embryách a ľudsko-opičia chiméra žila rekordný počet dní, vedci varujú pred etickým problémom

Minisrdcia stále žijú

Organoidy s priemerom 2 mm už v laboratóriu žijú viac než 3 mesiace a vedcom pomôžu nahliadnuť do skorého vývojového štádia srdca v nevídaných detailoch. Môžu taktiež pomôcť odhaliť pôvod rôznych vrodených srdcových problémov.

Predmetné minisrdcia už po jednom týždni začali vytvárať 3D štruktúry, aké možno pozorovať v 25 dní starých ľudských embryách. V tomto vývojom štádiu majú iba jednu srdcovú komoru a tá tlčie s frekvenciou 60 až 100 úderov za minútu (rovnako ako embryo).

Vedci tiež stihli nasimulovať infarkt spôsobom, že zmrazili kúsky organoidov a testovali ich reakciu na takto vytvorenú zrazeninu. Následne uvideli, že srdcové fibroblasty, základné bunky väziva zodpovedne za udržiavanie tkaninovej štruktúry, migrovali do poškodených oblastí, aby opravili napáchané škody – tento proces bol v súlade s priebehom srdcového infarktu u malých detí.

Autori štúdie veria, že ich minisrdcia v budúcnosti môžu pomôcť pri testovaní liekov, pretože v súčasnosti prejde úspešne klinickými testami iba 1 z 5000 liekov. V najbližšej dobe sa odborníci pokúsia celý výskum rozšíriť tak, že minisrdcia pripoja k cievnym sieťam a otestujú ich schopnosť pumpovať krv.

Okrem toho by chceli upraviť roztok so živinami, aby sa začali vytvárať organoidy so všetkými štyrmi komorami, čím by okamžite otvorili dvere na „lepšie zajtrajšky.“