211service.com
En biologisk erstatning for pacemakere
Cirka 200.000 mennesker i USA får pacemakere hvert år - men at have en batteridrevet maskine til at styre hjertet er langt fra optimalt, især for børn, fordi det kræver gentagne operationer.
Konstrueret væv giver en elektrisk forbindelse mellem atrierne (ikke vist) og ventriklerne (til venstre). De implanterede celler vises alene i grønt, mens hjertecellerne er i rødt og grønt. Sådanne vævsmanipulerede implantater kan erstatte pacemakere. (Med tilladelse fra Douglas Cowan, Children's Hospital Boston.)
Ifølge nye resultater kunne muskelceller fra en patients eget væv en dag bruges til at behandle nogle hjerteproblemer. Forskere ved Children's Hospital Boston har udtænkt en måde at dyrke skeletmuskelceller, der, når de implanteres i rotters hjerter, transmitterer hjertets vitale elektriske signaler. Behandlingen kan i sidste ende hjælpe mennesker med unormal hjerterytme.
Når hjertet slår, genereres der først elektriske impulser i toppen af hjertet og forplanter sig gennem musklen, hvilket får hjertets øvre kamre til at trække sig sammen. Signalet når derefter et lille stykke væv, kaldet den atrioventrikulære (AV) knude, og bremses i et splitsekund, så de nedre kamre eller ventrikler i hjertet kan fyldes med blod. Signalet forplantes derefter til ventriklerne, hvilket tillader dem at trække sig sammen.
Desværre går AV-nodens funktion nogle gange skævt. Hos patienter med en tilstand kendt som komplet hjerteblok, som kan udløses af en af flere faktorer: hjertesygdom, en udviklingsfejl eller skade under operationen, er AV-knuden beskadiget nok til, at det elektriske signal ikke transmitteres fra den øvre til nedre kamre, og hjertet ikke fungerer korrekt.
Pacemakere implanteret i hjertet kan ofte løse problemet - de fornemmer det elektriske signal i hjertets øvre kammer og stimulerer derefter det nedre kammer til at trække sig sammen. Men hos børn har pacemakere visse ulemper. Barnet kan hurtigt vokse fra enheden, og batterierne skal udskiftes hvert tredje til femte år, hvilket kræver gentagne operationer. Vi ville prøve at skabe en [cellulær] elektrisk bro til børn med AV-knudeproblemer, siger Douglas Cowen , en cellebiolog på børnehospitalet, der ledede det nye studie.
En af de største fordele ved et biologisk alternativ til en pacemaker er, at det ville vokse med barnet, siger David Lathrop, leder af arytmiforskningsgruppen ved National Heart Lung and Blood Institute , en afdeling af National Institutes of Health i Bethesda, MD.
Andre grupper udvikler også biologiske alternativer til pacemakere. Men Cowens teknik kan give fordele, fordi den direkte transmitterer hjertets egne elektriske signaler i stedet for at generere et nyt elektrisk signal, som en pacemaker gør. Den tilgang, Cowen tager, minder mere om hjertets normale ledningsvej, siger Lathrop. Det er for tidligt at sige, hvad der er bedst på nuværende tidspunkt. Han tilføjer, at begge teknikker har brug for yderligere udvikling og er år væk fra klinisk afprøvning.
Cowen og teamet tog skeletmuskelceller fra rotter og overførte dem til et specielt designet kollagen stillads. Når de er i stilladset, retter cellerne sig ind i en kanal og udtrykker et protein, der skaber små porer mellem cellerne, så de kan transmittere elektriske signaler.
Da sektioner af dette konstruerede væv blev transplanteret ind i rottehjerter, integrerede de nye celler sig i det eksisterende hjertevæv, hvilket skabte elektriske forbindelser med eksisterende celler. (Rotter havde ikke hjerteblok; Cowen siger, at rottehjerter er for små til at have pacemakere, som er nødvendige for at holde en rotte med hjerteblok i live længe nok til at transplantere cellerne.) Forskerne brugte optisk billeddannelse af hjertet til at vise, at de nye celler var elektrisk aktive og dannede i det væsentlige et alternativt ledningskredsløb. Resultaterne vises i juli-udgaven af American Journal of Pathology .
Cowan og teamet arbejder stadig på nogle knæk i terapien. De skal designe et celleimplantat, der vil efterligne den korte tidsforsinkelse af AV-knuden, hvilket er afgørende for korrekt hjertefunktion. De afprøver nu forskellige typer celler, såsom stamceller fra blod eller knoglemarv, som kan ledes til at differentiere sig til en celle, der ligner en hjertecelle mere. Forskerne valgte oprindeligt skeletmuskelceller, fordi de er en let erhvervet ressource - sådanne celler kan fås fra patienter, der har brug for en pacemaker ved en rutinemæssig muskelbiopsi og behøver ikke at blive dyrket under særlige forhold, som det er tilfældet med stamceller .
Forskerne tester også terapien i større dyr, hvis hjerter minder mere om menneskers. De vil fremkalde hjerteblokering i disse dyr og implantere dem med både pacemakere og konstrueret skeletvæv for at afgøre, om det konstruerede væv kan tage over for pacemakeren.
Jo mindre hardware du sætter i nogen, jo bedre, siger Ivan Vesely, en biomedicinsk ingeniør, der har specialiseret sig i hjertevævsteknik på Children's Hospital Los Angeles. Så hvis det eneste problem er en manglende ledningsvej, giver det meget mening at forsøge at omstrukturere den bane i stedet for at vende hele hjertet over på en pacemaker.