Wetenschappers vinden spieren uit de spuitbus

Stap naar het kunstmatige hart: spieren uit de spuitbus

Ongeveer een tot twee procent van de volwassen bevolking in de ontwikkelde wereld lijdt aan ernstig hartfalen (hartfalen). Indien mogelijk wordt een donorhart getransplanteerd naar patiënten in het eindstadium. Vaak is echter geen geschikt orgaan beschikbaar. Een kunstmatig hart kan de redding zijn. Om het complexe orgaan in het laboratorium opnieuw te creëren, zou het echter eerst nodig zijn om complex levend weefsel te cultiveren. Onderzoekers zijn nu dichter bij dit doel gekomen: ze gebruikten een sproeiproces om functionerende spiervezels te produceren.

Een van de meest voorkomende ziekten die de dood veroorzaken

Hartinsufficiëntie (hartfalen) is een van de meest voorkomende dodelijke ziekten. Als gevolg van deze ziekte is het hart niet langer in staat om het lichaam te voorzien van voldoende bloed en zuurstof. In de afgelopen paar jaar zijn er keer op keer nieuwe benaderingen voor de behandeling van hartfalen gemeld die de veerkracht en prestaties kunnen verbeteren. Maar als het hart verzwakt en dreigt te falen, is een harttransplantatie de enige behandeling die de levens van de kritisch zieke patiënt kan redden. Er is echter niet altijd een geschikt orgaan beschikbaar. Een kunstmatig hart kan de redding zijn. Zwitserse onderzoekers van het Federale Materiaaltest- en Onderzoeksinstituut (Empa) zijn iets dichter bij dit doel gekomen.

Iedereen die vertrouwt op een transplantatie vanwege hartfalen, moet hopen op een geschikt donororgaan. Ideaal zou een kunstmatig hart zijn. Onderzoekers zijn hier een stap dichterbij gekomen. Ze gebruikten een sproeiproces om spiervezels te ontwikkelen. (Afbeelding: psdesign1 / fotolia.com)

Kunstmatig orgaan bij hartfalen

Degenen die afhankelijk zijn van een transplantatie vanwege hartfalen, moeten hopen op een geschikt donororgaan. Een elegant alternatief is een kunsthart, dat na implantatie geen afstotingsreacties in het lichaam veroorzaakt.

Het project "Zurich Heart" van de onderzoeksassociatie University Medicine Zurich, waarvan Empa een partner is, ontwikkelt momenteel zo'n kunstmatig hart.

Zodat de pomp uit het laboratorium wordt geaccepteerd door het lichaam, moet het - verpakt in menselijk weefsel en gevoerd zijn - als een mantel van onzichtbaarheid.

Het groeien van meerlagige functionele weefsels is echter nog steeds een grote uitdaging in het opkomende gebied van tissue engineering..

Empa-onderzoekers zijn er nu in geslaagd om cellen in een driedimensionaal kunststofraamwerk tot spiervezels te laten groeien.

Spiervezels zorgen voor stabiliteit en flexibiliteit van het gestaag kloppend hart

"Het menselijk hart bestaat van nature uit verschillende lagen van verschillende weefsels", legt Lukas Weidenbacher van het Empa-departement Biomimetic Membranes and Textiles in St. Gallen uit in een verklaring.

Spiervezels in de voering spelen hierbij een cruciale rol, omdat ze zorgen voor stabiliteit en flexibiliteit van het constant kloppende hart.

Het kweken van meerlagige spiervezels is echter moeilijk omdat de cellen eerst in een ruimtelijk kader geplaatst moeten worden.

"Hoewel het mogelijk is om driedimensionale kunststofstructuren te maken die sterk lijken op menselijke weefsels, zoals de zogenaamde elektrospinning," zegt Weidenbacher.

Hier worden vloeibare polymeren gesponnen als ragfijne draden in de vorm van natuurlijk weefsel. Schadelijke oplosmiddelen die voor de methode noodzakelijk zijn, zijn echter vergif voor de gevoelige cellen.

Slijmerige bescherming

De Empa-onderzoekers hebben daarom de kostbare cellen verpakt in beschermende capsules. Een gelatineschil bevat elk één tot twee cellen. Dit beschermt de cellen tegen de oplosmiddelen.

Een speciale spuittechniek, electrospraying, maakt het mogelijk de capsules in de poriën van de gesponnen steiger te steken. "Het spuiten kan de cellen overleven die op deze manier zeer goed worden beschermd", legt de materialistische wetenschapper uit.

Zodra de cellen zich op de doelplaats hebben afgezet, lost de gelatinecapsule binnen enkele minuten op.

Met de Scanning Electron Microscope laten afbeeldingen van de cellen in hun plastic nest zien dat zodra de capsules zijn opgelost, de onrijpe progenitorcellen samen beginnen te smelten en rijpen tot langwerpige spiervezels.

Aan het eind moet een structuur worden gecreëerd die zoveel mogelijk overeenkomt met natuurlijk spierweefsel. "Omdat het kunstmatige hart permanent wordt doorgespoeld door de bloedbaan, is het belangrijk dat de oppervlakken zo zijn ontworpen dat er geen stolsels ontstaan," zegt Weidenbacher.

Onzichtbaar voor het lichaam

Voor de reeks experimenten gebruikten de onderzoekers onrijpe spiercellen uit een muizencellijn. De progenitorcellen differentieerden in de scaffold en produceerden eiwitten die meestal in spieren worden aangetroffen.

Het implanteerbare kunstmatige hart zal in de toekomst echter worden uitgerust met cellen die afkomstig zijn van de patiënt zelf. Zodoende kan een persoonlijk hart worden gefokt voor de getroffenen, die "onzichtbaar" blijven voor de verdediging van het lichaam. (Ad)