Dessa dagar människor brukar inte dö av en hjärtattack. Men skadorna på hjärtmuskeln är irreversibel, och de flesta patienter så småningom efter för hjärtsvikt, den vanligaste dödsorsaken i de utvecklade länderna.
Stamceller erbjuder nu hopp för att uppnå det som kroppen inte kan göra: laga brustna hjärtan. Ingenjörer och läkare vid University of Washington har byggt en klätterställning som stöder tillväxt och integration av stamceller-cellerna hjärtmuskelceller. En beskrivning av ställningen, som stöder tillväxten av hjärtceller i labbet och uppmuntrar tillväxt blodkärl i levande djur, publiceras denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Idag, om du har en hjärtattack det finns inget att läkare kan göra för att reparera skadan", säger huvudförfattaren Buddy Ratner, en UW professor i bioteknik. "Du är i huvudsak, dömd till ett downhill bild, utveckla hjärtsvikt som kraftigt förkortar din livslängd.
"Din kropp kan inte göra nya hjärtceller, men tänk om vi kan leverera viktiga nya celler i den skadade delen av hjärtat?"
Ratner och hans kollegor byggde en liten tubulär poröst klätterställning som stödjer och stabiliserar de ömtåliga hjärt cellerna och kan injiceras i ett skadat hjärta, där det kommer att gynna celltillväxt och slutligen upplösa bort. Den nya ställningen inte bara stöder hjärtmuskeln tillväxt, men potentiellt accelererar kroppens förmåga att leverera syre och näringsämnen till den transplanterade vävnaden. Så småningom är tanken att läkare skulle utsädet ställningen med stamceller från antingen patienten eller en donator, så implantera den när patienten behandlas för en hjärtattack innan ärrvävnad har bildats.
Andra hjärta ställningar eller patchar vävnad utvecklas för närvarande kombinerar hjärtmuskelceller och två andra typer av celler som behövs för att sparka igång tillväxten av blodkärl och bindväv. Förberedelser varje typ av celler är en enorm mängd arbete, så en klätterställning som kräver bara en typ av cell, som den här skulle bli betydligt billigare och enklare att använda.
Ratner s ställningen är en flexibel polymer med varandra förbundna porer alla av samma storlek. Den här ingår även kanalerna emot hjärtceller preferens för sammansmältning i långa kedjor. Forskare kontrolleras först konstruktionen med kyckling embryonala hjärtceller, och bekräftade att ställningen skulle kunna stödja tillväxten hjärtvävnad vid koncentrationer som liknar dem i levande hjärtvävnad.
De seedade sedan ställningen med hjärtmuskelceller som härrör från mänskliga embryonala stamceller. Dessa celler överlevde och uppsamlas i kanalerna. Under fem dagar, multiplicerat de hjärtmuskelceller snabbare i ställningen miljön än andra celltyper, och kunde överleva upp till 300 mikrometer (om diametern på fyra mänskliga hårstrån) från ställningen kanten - en viktig punkt om ställningen är att integrera med kroppen.
Cellerna uttryckte två proteinerna är associerade med muskelsammandragning och kan krympa med tillräcklig kraft för att deformera ställningen.
Forskare implanteras också en bar klätterställning till en levande råtta hjärta att kontrollera ställningen är biokompatibilitet. Resultaten visade att efter fyra veckor hjärta hade accepterat den främmande kroppen och nya blodkärl hade trängt in i schavotten.
Varför blodkärlen tränger så bra är okänd. En hypotes innefattar makrofager, en cell i immunsystemet, och storleken på porerna, vilket synes vara kritisk. De makrofager angriper först främmande kroppen som en inkräktare och försöka smälta det. De går in i porerna och själva infångade. Vid denna punkt makrofager verkar växla från sin attack-läge till dess helande läge. Teamet undersöker nu bildandet blodkärlet.
Hjärta vävnader behöver en rik blodtillförsel, och det har varit en av de begränsande faktorerna till hjärt reparation och kärlvävnad teknik, sade medförfattare Chuck Murry, professor i patologi och bioteknik.
"Det första som transplanterade hjärtceller behöver göra är att överleva. Och när du övergången dem från en odlingsskål till kroppen, först de inte har en blodtillförsel. Så vi måste främja utbudet värden blodet så snabbt som möjligt ", Murry sagt.
"Vi är mycket optimistiska om att detta ställningen kommer att hjälpa till att hålla muskelcellerna liv efter implantation och hjälper övergången dem att arbetande hjärtat muskler", Murry sagt.
Ställningen är tillverkad av ett geléliknande hydrogel material utvecklat av första författare, UW Bioengineering doktorand Lauran Madden. En nål användes för att implantera den lilla (tredjedel av en millimeter bred och 4 mm lång) i hjärtmuskeln ställningsdelar stavar. Men ställningen kan stödja tillväxten av större klumpar av hjärtvävnad, sade Madden.
De kommande stegen kommer att innebära att justera ställningen nedbrytningen tid, så att ställningen försämrar i samma takt som hjärtceller föröka sig och att blodkärlen och fibrer stöd växa i, och sedan implantera en cell-lastad ställningen till ett skadat hjärta.
"Vad vi har nu är en riktigt bra system som går i skålen, och vi arbetar för att övergången till i kroppen", Madden sagt.
Vispa Biotherapeutics, en Seattle start samarbete som grundades av Ratner, Murry och medförfattare Michael Laflamme, en UW biträdande professor i patologi, planerar att licensiera tekniken för att bidra till det till patienter.
Medförfattare är Eric Sussman, Janet Cuy och Kip Hauch i UW bioteknik, Sarah Dupras och James Fugate i UW patologi, och Derek Mortisen, en UW kemiteknik examen.
Taggar: ett brustet hjärta , Ställning
