Η προσομοίωση μικροσκοπικών εκδοχών ανθρώπινων οργάνων στο εργαστήριο είναι ένα αναδυόμενο εργαλείο στην ιατρική έρευνα και οι ερευνητές έχουν τώρα ένα νέο μοντέλο «τσιπ καρδιάς» για να χρησιμοποιήσουν.
Η ομάδα πίσω από το τσιπ, από το Ιατρικό Κέντρο Cedars-Sinai στο Λος Άντζελες, λέει ότι θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη δοκιμή της ασφάλειας των θεραπειών για τον καρκίνο, οι οποίες έχει αποδειχθεί ότι διακινδυνεύουν καρδιακή βλάβη στους ασθενείς ενώ καταπολεμούν τα καρκινικά κύτταρα.
Ανάμεσα στις αξιοσημείωτες αναβαθμίσεις σε σχέση με προηγούμενα μοντέλα τσιπ καρδιάς είναι η ωριμότητα των κυττάρων που ανέπτυξε η ομάδα από ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (hiPSCs) και η ικανότητά τους να χτυπούν σαν ανθρώπινη καρδιά -περίπου στους 60 παλμούς ανά λεπτό.
«Τελικά, συστήματα πολλαπλών γενεών, βασισμένα σε hiPSC, όπως το τσιπ καρδιάς που παρουσιάζεται εδώ, μπορεί να μειώσουν την εξάρτηση από ζωικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για προκλινικές δοκιμές καρδιοτοξικότητας φαρμάκων», γράφουν οι ερευνητές στην εργασία τους που δημοσιεύθηκε στο Lab on a Chip.
Τα τσιπ καρδιάς μπορούν να προβλέψουν πιθανά προβλήματα τοξικότητας
Ικανά να μετασχηματιστούν σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρου, τα hiPSCs κατασκευάστηκαν για να γίνουν κύτταρα καρδιάς και κύτταρα αιμοφόρων αγγείων πριν τοποθετηθούν σε ένα εύκαμπτο υλικό σιλικόνης που ονομάζεται πολυδιμεθυλσιλοξάνη (PDMS).
Ένα κρίσιμο μέρος του σχεδιασμού του τσιπ καρδιάς είναι τα δύο παράλληλα κανάλια του, τα οποία επιτρέπουν στα κύτταρα της καρδιάς (καρδιομυοκύτταρα) και στα κύτταρα των αιμοφόρων αγγείων (ενδοθηλιακά κύτταρα) να διατηρούνται χωριστά όπως βρίσκονται σε ένα ανθρώπινο σώμα ενώ είναι ακόμα αρκετά κοντά για να αλληλεπιδρούν.
Προσομοιώνοντας τη ροή του αίματος και τις μηχανικές κινήσεις της καρδιάς ως απόκριση σε ορισμένες φαρμακευτικές θεραπείες, οι επιστήμονες μπορούν να προβλέψουν πιθανά προβλήματα τοξικότητας που θα μπορούσαν να προκαλέσουν αρρυθμία ή θάνατο των μυϊκών κυττάρων.
«Η πλατφόρμα των τσιπ καρδιάς που έχουμε αναπτύξει επιτρέπει τον έλεγχο δυνητικά καρδιοτοξικών χημειοθεραπευτικών παραγόντων σε πολλαπλούς τύπους καρδιαγγειακών κυττάρων σε ένα φυσιολογικά σχετικό μοντέλο», γράφουν οι ερευνητές.
Στόχος η ανάπτυξη ασφαλέστερων φαρμάκων
Το τσιπ καρδιάς παρέμεινε λειτουργικό για αρκετές εβδομάδες, προσφέροντας την ευκαιρία για μακροπρόθεσμες έρευνες για το πώς τα φάρμακα και άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες επηρεάζουν την καρδιά.
Εκτός από το να βοηθά στην ανάπτυξη ασφαλέστερων φαρμάκων, το τσιπ καρδιάς θα μπορεί επίσης να διδάσκει στους επιστήμονες περισσότερα για τις περιπλοκές των καρδιακών παθήσεων -όπως το πώς αρχίζουν και εξελίσσονται και πώς μπορούν να αντιμετωπιστούν.
Τα τελευταία χρόνια έχουμε δει μια σταθερή ροή βελτιώσεων στον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσονται και παράγονται αυτά τα τσιπ, παρέχοντας εξαιρετικά ακριβείς προσομοιώσεις για το πώς αντιδρούν μέρη του ανθρώπινου σώματος στις μικρότερες κλίμακες.
«Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα τσιπ καρδιάς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο τοξικότητας φαρμάκων και μπορεί να αποκαλύψουν πιθανές ειδικές τοξικότητες κυτταρικού τύπου ως απόκριση σε καρδιοτοξικές ενώσεις», καταλήγουν οι ερευνητές.