‚Trainingshalle‘ für Labor-gewachsenen Zellen des Herzens: Engineering-Forscher entwerfen neue Plattform
Herz-Muskel-Zellen brauchen Bewegung—auch wenn Sie wachsen außerhalb des menschlichen Körpers. Ein neues Gerät von U von T-Engineering-Forscher verwendet eine strenge Ausbildung-Regime, wachsen kleine Mengen der kardialen Gewebe-und Messen, wie stark es schlägt. Die Plattform ist ideal für die Prüfung der Auswirkungen von potenziellen Medikamenten-Moleküle, und könnte dazu beitragen, die personalisierte Medizin näher an der Realität.
„Viele potenzielle neue Medikamente scheitern, weil der Toxizität Probleme und kardiale Toxizität ist eine große Herausforderung“, sagt Professor Milica Radisic, wer führte die Forschung. „Können Sie testen, potentielle Medikamente, die auf Herz-Zellen, gezüchtet in einer Petrischale, aber diese Zellen müssen nicht gleich Aussehen, wie die Zellen in einem echten Herz, und man kann nicht viel Informationen über Ihre aktuellen Herz-Kreislauf-Funktion.“
Radisic und Ihre Mitarbeiter Geräte bauen, die es ermöglichen, Labor-gewachsenen Zellen und Gewebe zu entwickeln, die in 3-D-Formen, die mehr eng ähneln denen in den menschlichen Körper. Vor fünf Jahren gründeten Sie die Biowire, eine Plattform, in der die Zellen des Herzens wachsen, um eine seidennaht. Durch pulsierenden Strom durch die Zellen, das Gerät bewirkt, dass Sie sich zu verlängern und sich mehr wie Erwachsene menschliche Herzzellen.
Ihre jüngste Papier, veröffentlicht heute in der Zelle, beschreibt eine neue Plattform, genannt Biowire II. Es enthält zwei Drähte aus elastischen Polymeren und positioniert drei Millimeter voneinander entfernt sind, mit Herz-Zellen bilden eine kleine band von Gewebe zwischen Ihnen. Jedes mal, wenn die Zellen Vertrages, Sie biegen Sie die Drähte. Durch die Messung der Höhe der Durchbiegung der Drähte, können die Forscher bestimmen, die Kraft der Kontraktion.
„Der Vorteil dieses Systems ist, dass es sagt uns, wie eine Droge, Molekül, so beeinflussen die Herzleistung, die durch die Prüfung Kräften der Kontraktion und andere wichtige funktionelle readouts“, sagt Yimu Zhao, ein Ph. D.-Kandidat in Radisic Labor und der führende Autor auf dem Papier. „Tut es schwächt das Herz, oder machen es stärker? Es wird helfen, neue Medikamente zur Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, aber auch zu beseitigen, Drogen für andere Bedingungen, die nachteilige Auswirkungen auf das Herz.“
Wie bei der original-Biowire, elektrische Impulse werden verwendet, um zu simulieren, trainieren und „trainieren“ die Zellen des Herzens. Zhao sagt, das team hat sich verfeinert den Trainingsplan zu erstellen Gewebe, das noch mehr Leben-wie als das, was möglich war mit dem alten Gerät, die alle in nur sechs Wochen.
„Wir haben sowohl atriale und ventrikuläre Herz-Gewebe, und wir können sogar wachsen eine heteropolar Gewebe, mit beiden atrialen und ventrikulären endet“, sagt Zhao. „Einige Medikamente haben eine selektive Aktion auf eine oder die andere. Mit diesem system können wir erkennen, diese effizienter zu gestalten.“
Zhao sagt, dass einer der beeindruckendsten tests des Systems kam, wenn das Gerät ausgesät wurde, mit sechs verschiedenen Zelllinien. Drei kamen von Patienten mit einer Erkrankung namens linksventrikulären Hypertrophie, während die anderen drei kamen von Patienten ohne die Bedingung.
„Es war eine blind-Studie, niemand in unserem Labor wusste, dass die Zelllinie wurde“, sagt Zhao. „Aber wie Sie wuchs im Gerät, konnten wir eindeutig erkennen, das Gewebe von Patienten mit der Erkrankung durch den Verlust der Kontraktilität, das ist eines der Kennzeichen der Krankheit. Wenn wir bestätigten sich die Ergebnisse mit unseren Mitarbeitern, Sie waren so überrascht—wir haben es genau richtig.“
Die Fähigkeit, genau zu replizieren die Herz-Zustand des Patienten öffnet die Tür zu neuen Anwendungen in der personalisierten Medizin. Neben der Auseinandersetzung mit dem Fortschreiten der Krankheit bei einem bestimmten Patienten, die Modell-Herz können auch verwendet werden, auf dem Bildschirm mehrere mögliche Behandlungen gleichzeitig, Verengung auf diejenigen, die am ehesten für das Individuum.
Es wird mehr Forschung benötigt, bevor die Plattform kann auf diese Weise verwendet werden, aber Biowire II ist bereits zu finden kommerzielle Anwendung durch TARA Biosystems, ein Spin-Off-co-gegründet von Radisic. Nutzt das Unternehmen sein Labor-grown Gewebe Herz, um die Durchführung der kardialen drug-testing-Studien für pharmazeutische Unternehmen.
„Wir arbeiteten eng mit Ihnen zusammen, auf diese Studie“, sagt Zhao. „Sie sind bereits mit einer modifizierten version unseres Protokolls.“ Sie fügt hinzu, dass die Einfachheit des Systems macht es einfacher für die Unternehmen wie TARA, scale-up der Technologie und erhöhen Sie die Anzahl der tests, die Sie durchführen können, gleichzeitig.
Letztlich, Labor-grown Gewebe, vielleicht eines Tages implantiert werden wieder in Menschen Reparatur beschädigter Organe. Radisic und Ihr team verfolgen die verschiedenen Technologien zur Bewältigung dieser Herausforderung, aber Sie sagt, dass die Tatsache, dass Biowire II ist bereits Auswirkungen ist sehr erfreulich.
