Biologen hebben voor het eerst in kweekschaaltjes minihartjes gemaakt die zelfstandig een kloppende hartkamer ontwikkelen. Daarmee komt de wetenschap steeds dichterbij een realistisch model voor het menselijk hart. Dat helpt bij het voorspellen van hartziektes.
Ze zijn nauwelijks groter dan een sesamzaadje. Maar onmiskenbaar tonen ze de beweging van een kloppend hart. In recent onderzoek ontwikkelde een hoopje cellen zich in een week tot een hartkamer. ‘Voor het eerst konden we zoiets in een schaaltje waarnemen’, zegt bioloog Sasha Mendjan van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Wenen in een persbericht.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Eerder gebruikten wetenschappers andere manieren om deze miniatuurharten, een voorbeeld van organoïden, te kweken. Bijvoorbeeld met een soort steigers van biologisch materiaal waar de hartcellen zich omheen organiseerden. Alleen vertoonden deze organoïden niet altijd dezelfde fysiologische reacties op beschadigingen als menselijke harten. Daarom werkten ze niet goed als model voor ziektes.
Bij weefselkweek die gebruikmaken van biologische steigers is het groeiproces namelijk heel anders dan in de natuur. In een embryo ontwikkelen organen zich spontaan, een proces dat zelforganisatie heet. Het team heeft deze ontwikkeling met zelforganisatie nu nagebootst in een petrischaaltje.
Ritmisch
Na een week organiseerden de organoïden zich tot een 3D-structuur met een afgesloten holte, wat lijkt op het groeiproces bij menselijke harten. Bovendien ontdekte het team dat de hartjes ritmisch samentrokken om vloeistof rond te pompen.
Om zelforganisatie voor elkaar te krijgen, gebruikte het onderzoeksteam cellen die nog hun celtype kunnen veranderen, zogenoemde stamcellen. In de juiste volgorde activeerden de onderzoekers signaalroutes, voor communicatie binnen een cel, die een rol spelen bij de hartontwikkeling van een embryo. Toen de stamcelcellen veranderden naar meer gespecialiseerde celtypes begonnen ze afzonderlijke lagen te vormen, vergelijkbaar met de structuur van de hartwand.
Omdat het vormproces meer natuurlijk was, hoopten de onderzoekers dat de reactie van de organoïden bij beschadigingen ook meer op die bij mensen zou lijken. Ze gebruikten een koud stalen staafje om plaatselijk cellen van het minihart te bevriezen en te doden. Meteen na het bevriezen zag het team dat fribroblasten, het type cel verantwoordelijke voor wondheling, richting de beschadigde delen bewogen en eiwitten produceerden om de schade te herstellen, een vroeg teken van heling.
‘In de toekomst willen we menselijke hartmodellen maken die zich nog natuurlijker ontwikkelen’, zegt Mendjan. Zijn team is van plan om hartorganoïden met meerdere hartkamers te ontwikkelen, zoals in een echt hart. Een model voor meerdere kamers kan artsen helpen om beter te begrijpen hoe afwijkingen ontwikkelen in foetussen, omdat veel hartaandoeningen ontstaan op het moment dat meerdere hartkamers vormen.
