Organ na chipie to specjalny mikrochip, który w założeniu ma naśladować funkcjonowanie ludzkiego organu, ale w mniejszej skali. Eksperci przewidują, że tego typu rozwiązania mogą ograniczyć przeprowadzane testy na zwierzętach – są idealne do testowania nowych leków.
Czytaj też: Wyhodowali serce, które bije. Kiedyś tak będą wyglądały przeszczepy
Teraz naukowcy z USC Viterbi poszli krok dalej i opracowali tzw. zawał serca na chipie. Urządzenie może służyć jako poligon doświadczalny dla nowych leków na serce, choć wymaga doprecyzowania. Szczegóły opisano w czasopiśmie Science Advances.
Nasze urządzenie replikuje niektóre kluczowe cechy zawału serca w stosunkowo prostym i łatwym w użyciu systemie. Dzięki temu możemy lepiej zrozumieć, jak zmienia się serce po zawale. Dzięki temu możemy opracować i przetestować leki, które będą najbardziej skuteczne w ograniczaniu dalszej degradacji tkanki serca. prof. Megan McCain z USC Viterbi
Zawał serca na chipie – tego jeszcze nie było
Choroba wieńcowa (zwana także chorobą niedokrwienną serca) na świecie przyczynia się do 6,3 mln zgonów rocznie. To dlatego, że nieleczona choroba wieńcowa może wywołać zawał serca. Dochodzi do niego, gdy tłuszcz, cholesterol i inne substancje w tętnicach wieńcowych zmniejszają przepływ krwi bogatej w tlen. W Polsce co roku odnotowuje się ponad 80 000 zawałów serca, w w Stanach Zjednoczonych 10 razy więcej.
Można przeżyć zawał serca, ale po nim stać się bardziej zmęczony i znerwicowanym – niektórzy pacjenci umierają z powodu niewydolności serca. To dlatego, że komórki serca (kardiomiocyty) nie regenerują się – zamiast nich w miejscu zawału pojawiają się komórki odpornościowe, z których część może szkodzić. Powstaje tkanka bliznowata, która osłabia serce i zmniejsza ilość krwi, która jest pompowana. Proces ten jest znany jako tzw. niekorzystny remodeling. Lekarze wciąż niewiele o nim wiedzą, ale wkrótce może się to zmienić.
Podstawą organu na chipie prof. McCain jest kwadratowe urządzenie mikroprzepływowe o wymiarach 22 mm na 22 mm, wykonane z gumopodobnego polimeru PDMS. Ma dwa kanały po przeciwnych stronach, przez które przepływają gazy. Powyżej jest cienka warstwa tego samego materiału, który jest przepuszczalny dla tlenu. Na wierzchu chipa jest umieszczona warstewka białka, aby komórki serca utworzyły taką samą architekturę, jaką obserwujemy w naturalnych organach. Na samym szczycie znajdują się właściwe kardiomiocyty.
Czytaj też: Serce z drukarki 3D. W końcu uda się je zbudować?
Aby naśladować zawał serca, gaz z tlenem i gaz bez tlenu są uwalniane przed kanały mikrokomory. Serce na chipie jest wystawiane na gradient tlenu, podobny do tego, który występuje podczas prawdziwego zawału serca.
Ponieważ urządzenie mikroprzepływowe jest małe, przejrzyste i łatwe do oglądania pod mikroskopem, pozwala ono badaczom obserwować w czasie rzeczywistym zmiany funkcjonalne, które czasami zachodzą w sercu po zawale, w tym arytmię, czyli nieregularne bicie serca, a także zaburzenia kurczliwości. W przyszłości możemy ulepszyć ten model poprzez dodanie komórek odpornościowych lub fibroblastów, czyli komórek, które generują bliznę po zawale. prof. Megan McCain
Wykorzystywane obecnie modele zwierzęce nie pozwalają na obserwowanie zmian w tkankach serca w czasie rzeczywistym. Nie jesteśmy w stanie obserwować tego, co faktycznie dzieje się z uszkodzonymi komórkami serca.
