Srdce v miske

Ľudské srdce je úplne prvým orgánom, ktorý sa v embryu vytvára. Vedci si ale nie sú istí, ako rozvíja všetky svoje vlastnosti. Bez týchto vedomostí však nie je jasné, ako alebo prečo sa vyskytujú určité srdcové deformácie a choroby, ani ako ich môžeme najlepšie liečiť.

Tímu vedcov z Inštitútu molekulárnej biotechnológie Rakúskej akadémie vied sa nedávno podarilo vypestovať z ľudských kmeňových buniek malé umelé srdce vo veľkosti približne sezamového semienka. Výsledky svojho výskumu publikovali v časopise pre experimentálnu biológiu Cell v máji tohto roku.

Tlčúce semienko

Ilustračné foto Pixabay

Pulzujúca hmota je prvým samoorganizujúcim sa miniatúrnym orgánom, ktorý pripomína ľudské srdce, a to vrátane dutej komory uzavretej stenou z tkaniva podobného srdcovému. Jednoduché orgány podobné srdcu boli v laboratóriu vyrobené už skôr, ale iba pomocou lešenia, formy alebo matrice, okolo ktorých sa bunky zhromažďovali. Takto upravené organoidy však nemajú rovnaké fyziologické reakcie na poškodenia ako ľudské srdce, a preto sa nedajú použiť na presné modelovanie chorôb. Nový kardioidný model vypestovaný vo Viedni sa spontánne skonštruoval sám.
Vedci to dokázali tak, že premiešali pluripotentné kmeňové bunky v miske pomocou všetkých šiestich signálnych dráh, o ktorých je známe, že koordinujú proces vývoja srdca v ľudskom embryu. Iné štúdie už dokázali podobnými technikami vypestovať samoorganizujúce sa očné, mozgové aj črevné organoidy. Nie je to tak, že by sme používali niečo iné ako iní výskumníci. Iba využívame všetky známe signály, citoval Cell Press biológa Sashu Mendjana z viedenskej Akadémie vied.
S. Mendjan a jeho tím chceli napodobniť proces samoorganizácie v laboratórnej miske. Ako sa bunky diferencovali, začali formovať separátne vrstvy, podobné štruktúre srdcovej steny. Po týždni sa tieto organoidy samoorganizovali do trojrozmernej štruktúry s  uzavretou dutinou, podobne ako pri spontánnom raste ľudských sŕdc. Vedci navyše zistili, že tkanivo podobné srdcovej stene rytmicky bilo a stláčalo tekutinu dovnútra a von z dutiny podobnej komore. Ukazuje sa, že hoci nie všetky signálne dráhy sú dôležité pri riadení premeny kmeňových buniek na srdcové bunky, všetky dráhy sú dôležité preto, aby sa bunky samoorganizovali do orgánu, uviedol S. Mendjan.

Model pre medicínu

Jednoduchý kardioidný model vedcom umožní lepšie pochopenie podstaty. Chceme prísť s modelmi ľudského srdca, ktoré sa vyvíjajú prirodzenejšie, a preto umožňujú lepšie predpovedať choroby, hovorí S. Mendjan. Myslíme si, že skrytá mágia vývoja, ktorú zatiaľ nepoznáme, je dôvodom, prečo sa nám v súčasnosti nedarí veľmi dobre modelovať choroby. Ako celý zložitý proces prebieha prostredníctvom signalizácie, je ešte vždy nejasné, autori štúdie však dúfajú, že ich nový model poskytne lepší prehľad.
Tím zistil, že srdcový sval a endokardiálne bunky ich organoidov boli riadené dvoma počiatočnými signálmi, WNT a ACTIVIN. Hneď ako boli tieto bunkové stavebné bloky vytvorené, začali interagovať a vytvárať srdcové komory v bijúcej komore. Keď vedci zmrazili určité časti minisrdiečok, všimli si, že niektoré bunky začali odumierať, podobne ako sa to deje pri infarkte. Zároveň začali iné, opravné bunky migrovať do oblasti poškodenia a produkovať liečivé bielkoviny.
Autori dúfajú, že ich model umožní testovať bezpečnosť a účinnosť liekov na srdce predtým, ako sa začne ich klinické skúšanie. V súčasnosti prejde z predklinických skúšok do fázy vývoja iba asi 1 z 5 000 liekov. Testovanie liekov v laboratóriu na srdcových orgánoch by mohlo túto mieru úspešnosti zlepšiť napríklad tým, že nám umožní určiť, ktorý liek by bol toxický alebo pravdepodobne nebude mať nijaký efekt pri klinických skúškach.
S. Mendjan a jeho kolegovia dúfajú, že sa im pre ďalší výskum vývoja srdca a potenciálnych liečebných postupov podarí vypestovať samoorganizujúce sa kardioidy s viacerými komorami podobnými nášmu srdcu.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 7/2021. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

R
Článok vznikol v spolupráci s NEXTECH.

Komentáre