Een team van onderzoekers van de Medical University of South Carolina (MUSC) en Clemson University rapporteerde in april in een artikel in Nature Biomedical Engineering dat ze organoïden van het menselijke hart hebben ontwikkeld met een diameter van minder dan 1 millimeter om zo onderzoek te doen naar fysiologische omstandigheden die optreden tijdens een hartaanval.

“We waren in staat om die complexe 3D-aard van een hartaanval op te nemen en te verkleinen tot een microtissue-model.”

Het team werd geleid door bio-ingenieur Ying Mei, Ph.D., van de Clemson Universiteit. Hij maakt deel uit van het MUSC Clemson Bioengineering-programma, dat Clemson-bio-ingenieurs en bio-ingenieurs-promovendi op de MUSC-campus plaatst, zodat ze kunnen communiceren met clinici die technische oplossingen nodig hebben. De hoofdauteur van het artikel, Dylan Richards, Ph.D., is afgestudeerd aan het gezamenlijke programma.

“We waren in staat om die 3D-complexe aard van een hartaanval op te vangen en vervolgens te verkleinen tot een microtissue-model”, zegt Richards.
Organoïden zijn driedimensionale meercellige weefsels met een diameter van minder dan 1 millimeter. Deze organoïden, of microtissues, functioneren als hun tegenhangers op ware grootte. In dit geval kloppen en samentrekken de hartorganoïden eigenlijk zoals het menselijk hart doet. Dit model maakt gebruik van geïnduceerde pluripotente stamcellen, bijna net als ‘oudercellen’, die zich verdelen en rijpen in verschillende soorten hartcellen die interageren en zichzelf assembleren om de organoïde te vormen.

Diermodellen

Traditioneel gebruiken biologen cellen in een schaal of diermodellen, zoals muizen of ratten, om ziekten te bestuderen die worden bestudeerd. Deze methoden hebben hun eigen nadelen die het organoïde model overwint. Cellen in een schaal zijn geweldig om dingen op cellulair niveau te leren, maar het is erg onnatuurlijk dat cellen in twee dimensies groeien op een plat oppervlak.

Diermodellen zijn erg nuttig bij het nemen van de volgende stappen om samen te vatten wat er in het menselijk lichaam gebeurt, maar organoïden, vooral die voor het hart, komen het dichtst in de buurt bij het recreëren van wat er bij mensen gebeurt. ‘De harten van ratten en muizen kloppen vijf tot tien keer sneller dan die van mensen’, legde Richards uit. “Hoe die mechanismen fysiek werken – de elektrofysiologie en de pompactie – is gewoon anders vanwege de schaal.”

De cardiale organoïde daarentegen creëert een menselijke versie van het hart en lijkt sterk op de weefseldisfunctie die optreedt na het zuurstoftekort veroorzaakt door een hartaanval. Omdat het erg moeilijk is om direct na een hartaanval een monster te verkrijgen, komt het meeste van wat we weten over hartaanvallen voort uit waarnemingen die lang na het aanvankelijke zuurstoftekort zijn gedaan. Het organoïde model vult deze leemte op, waardoor visualisatie direct na zuurstofgebrek mogelijk wordt.

Korte termijn

“Dit kan ons helpen om beter te begrijpen hoe cellen op korte termijn reageren en op hun beurt hoe dat plaats maakt voor schade op lange termijn”, zegt Richards van het organoïde model. Met dit model kunnen onderzoekers ook testen of hartmedicijnen de resultaten van hartaanvallen verbeteren. “Het kan ons helpen bepalen of een medicijn een deel van deze schade kan voorkomen of een nadelige reactie op een zuurstoftekort kan voorkomen”, legt Richards uit. Kortom, het model geeft onderzoekers inzicht in de vroege gebeurtenissen van een hartaanval die ze nog niet eerder hebben gehad. Maar Mei wil het model nog beter maken door immuuncellen op te nemen. Immuuncellen zijn verantwoordelijk voor het opruimen van dode cellen veroorzaakt door een hartaanval, maar kunnen daarmee bepalen hoe immuuncellen een rol spelen bij de herstructurering van hartweefsel na schade door een zuurstoftekort. Het Mei-lab wil onderzoeken hoe ze dat doen in de hoop de dood van beschadigde maar nog levende delen van het hart te voorkomen.

Genetica

Mei wil ook de effecten van de genetica van patiënten op hun uitkomsten onderzoeken. Zijn laboratorium werkt momenteel aan het maken van organoïden uit cellen van patiënten met verschillende uitkomsten. Die organoïden kunnen dan worden gebruikt om ons te helpen beter te begrijpen hoe het specifieke genetische profiel van een patiënt zijn of haar herstel beïnvloedt.

“We zijn niet de eersten die de cellulaire of zelfs de respons op weefselniveau herhalen. Ik zou echter willen beweren dat wij de eersten zijn die de respons op orgelniveau herhalen, ”zei Mei.

Noot van de redactie: Mei, Richards en hun co-auteurs willen dit werk opdragen aan hun dierbare vriend en co-auteur Craig Beeson, die overleed aan kanker vóór de publicatie van het artikel.

Bronnen: https://www.nature.com/articles/s41551-020-0539-4

https://web.musc.edu/about/news-center/2020/06/11/cardiac-organoids

Illustraties Dylan Richards

Geef een reactie

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

Share via
Copy link
Powered by Social Snap