Szívinfarktus chipen: Amerika első számú gyilkosának kulcsfontosságú aspektusainak megismétlése

USC Megan McCain és Megan Rexius-Hall posztdoktori olyan mikroméretű modellt fejlesztettek ki, amely képes megismételni a szívinfarktus kulcsfontosságú aspektusait, és egy napon új, személyre szabott szívgyógyszerek tesztpadjaként szolgálhat.

Az Alfred E. Mann Egyetem Orvosbiológiai Tanszékének kutatói kifejlesztettek egy „chip-infarktust” – egy olyan eszközt, amely egy napon új szívgyógyszerek, sőt személyre szabott gyógyszerek kifejlesztésének tesztpadjaként is szolgálhat. Mérnöki.

"Készülékünk a szívroham néhány kulcsfontosságú jellemzőjét reprodukálja egy viszonylag egyszerű és könnyen használható rendszerben" - mondta Megan McCain, az orvosbiológiai mérnöki mérnök, az őssejtbiológia és a regeneratív gyógyászat docense, aki az eszközt Megan posztdoktori kutatóval együtt fejlesztette ki. Rexius-Hall.

„Ez lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük, hogyan változik a szív egy szívroham után. Innentől kezdve mi és mások olyan gyógyszereket fejleszthetünk és tesztelhetünk, amelyek a leghatékonyabbak a szívszövet szívroham utáni további lebomlásának korlátozására” – tette hozzá McCain.

McCain, a „szívszövet-mérnök”, akinek korábban a chipen lévő szív közös fejlesztése volt a munkája, és Rexius-Hall a folyóiratban nemrég megjelent cikkében részletezi eredményeiket. Tudomány előlegek „A szívizominfarktus határzónája egy chipen a szívszövetek működésének határozott szabályozását demonstrálja oxigéngradiens által.”

Amerika első számú gyilkosa

A szívkoszorúér-betegség Amerika első számú gyilkosa. Az AHA szerint 1-ban 2018 360,900 amerikai halt bele, így az Egyesült Államokban az összes haláleset 12.6%-áért a szívbetegségek felelősek. A súlyos szívkoszorúér-betegség szívrohamot okozhat, ami a fájdalom és szenvedés nagy részét okozza. Szívinfarktus akkor fordul elő, amikor a koszorúerekben található zsír, koleszterin és más anyagok súlyosan csökkentik az oxigénben gazdag vér áramlását a szív egy részébe. 2005 és 2014 között évente átlagosan 805,000 XNUMX amerikai szenvedett szívrohamot.

Még ha a beteg túlél is egy szívrohamot, idővel egyre fáradékonyabbá, idegesebbé és betegebbé válhat; néhányan szívelégtelenség miatt is meghalnak. Ennek az az oka, hogy a szívsejtek nem úgy regenerálódnak, mint más izomsejtek. Ehelyett immunsejtek jelennek meg a sérülés helyén, amelyek közül néhány káros lehet. Ezenkívül hegesedés alakul ki, amely gyengíti a szívet és az általa pumpálható vér mennyiségét.

A tudósok azonban nem teljesen értik ezt a folyamatot, különösen azt, hogy a szív egészséges és sérült részeiben hogyan kommunikálnak egymással a szívsejtek, és hogyan és miért változnak meg szívroham után.

McCain és Rexius-Hall úgy gondolja, hogy szívrohamuk egy chipen megvilágíthatja ezeket a rejtélyeket.

"Alapvetően egy olyan modellt akarunk, amely a szívrohamsérülések jobb megértéséhez vezethet" - mondta Rexius-Hall.  

Szívroham egy Chip

A chipen lévő szívroham szó szerint az alapoktól kezdve épül fel. Az alján egy negyedénél valamivel nagyobb, 22 x 22 milliméteres négyzet alakú mikrofluidikus eszköz található – amely gumiszerű polimerből, úgynevezett PDMS-ből készül –, két, egymással szemben lévő csatornával, amelyeken keresztül a gázok áramlanak. Fölötte ugyanabból a gumiból egy nagyon vékony réteg ül, amely oxigénáteresztő. Ezután egy mikroréteg fehérjét mintáznak a chip tetejére, „hogy a szívsejtek egymáshoz igazodjanak, és ugyanazt az architektúrát alkossák, mint a szívünkben” – mondta McCain. Végül rágcsáló szívsejteket növesztenek a fehérje tetején.

A szívroham utánzása érdekében a mikrofluidikus eszköz minden csatornáján keresztül oxigénnel és oxigénnel nem rendelkező gáz szabadul fel, „egy chipen lévő szívünket oxigéngradiensnek teszik ki, hasonlóan ahhoz, ami szívroham esetén történik” – mondta McCain.

Mivel a mikrofluidikus eszköz kicsi, átlátszó és mikroszkópon is jól látható, tette hozzá McCain, lehetővé teszi a kutatók számára, hogy valós idejű funkcionális változásokat figyeljenek meg, amelyek néha roham után történnek a szívben, beleértve az aritmiát vagy a szabálytalan szívverést. és kontraktilis diszfunkció, vagy a szív összehúzódási erejének csökkenése. A jövőben a kutatók összetettebbé tehetik a modellt immunsejtek vagy fibroblasztok hozzáadásával, amelyek a szívroham utáni heget generálják.

Ezzel szemben a kutatók állatmodellekkel nem tudják valós időben figyelni a szívszövet változásait. Ezenkívül a hagyományos sejttenyésztési modellek egységesen magas, közepes vagy alacsony oxigénszintnek teszik ki a szívsejteket, de nem gradiensnek. Ez azt jelenti, hogy nem tudják utánozni azt, ami valóban történik a szívroham után az úgynevezett határzónában a sérült szívsejtekkel – mondta Rexius-Hall.

McCain hozzátette: Nagyon izgalmas és hálás elképzelni, hogy készülékünk pozitív hatással lesz a betegek életére a közeljövőben, különösen a szívrohamok esetében, amelyek rendkívül gyakoriak."

Hivatkozás: „A szívinfarktus határzónája a chipen a szívszövet működésének határozott szabályozását mutatja az oxigéngradiens által” 7. december 2022., Tudomány előlegek.
DOI: 10.1126/sciadv.abn7097

A cikk további társszerzői közé tartozik Natalie Khalil, az USC Viterbi Ph.D. orvosbiológiai mérnök hallgató; Sean Escopete és Sarah Parker, a Cedars-Sinai Medical Center Smidt Heart Institute munkatársai; és Xin Li, Jiayi Hu, Hongyan Yuan, a Kínai Déli Tudományos és Technológiai Egyetem Mechanikai és Repüléstechnikai Tanszékének munkatársa.

A National Heart, Lung and Blood Institute és az American Heart Association (AHA) támogatta ezt a kutatást.