Επιστήμονες δημιούργησαν μια τρισδιάστατη «καρδιά» σε μέγεθος τσιπ (heart‑on‑a‑chip), σημειώνοντας σημαντική πρόοδο στην αντιμετώπιση των καρδιαγγειακών παθήσεων, της κορυφαίας αιτίας θανάτου σε ολόκληρο τον κόσμο.
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της καρδιολογικής έρευνας είναι ότι η αντίδραση της ανθρώπινης καρδιάς σε μια θεραπεία ή ασθένεια δεν μπορεί να προβλεφθεί εύκολα, χωρίς να υπάρξει κίνδυνος για τον ασθενή. Αυτός ο τεχνητός καρδιακός ιστός, όμως, πάλλεται από μόνος του, κινητοποιεί το ασβέστιο για να ξεκινήσει τη μυϊκή δραστηριότητα και ανταποκρίνεται με προβλέψιμο τρόπο σε κοινές θεραπείες.
Η τεχνολογία “Heart-on-a-Chip”
Πρόκειται για το πρώτο μοντέλο που ενσωματώνει μια πλατφόρμα διπλής ανίχνευσης, επιτρέποντας την παρακολούθηση της δραστηριότητας σε πραγματικό χρόνο, από τον ιστό μέχρι το επίπεδο των μεμονωμένων κυττάρων. Στην πρόσφατη δημοσίευσή τους, επιστήμονες από πολλά καναδικά ιδρύματα περιγράφουν πώς πέτυχαν αυτή τη σημαντική πρόοδο.
Το βασικό επίτευγμα είναι η ενσωμάτωση αισθητήρων που μπορούν να ανιχνεύουν τόσο τη μακροσκοπική όσο και τη μικροσκοπική δραστηριότητα της καρδιάς. Οι υπάρχουσες πλατφόρμες heart‑on‑a‑chip, όπως και η προηγούμενη εκδοχή της ίδιας ερευνητικής ομάδας που δημοσιεύθηκε το 2024, δεν διαθέτουν υψηλής ανάλυσης καταγραφή σε κυτταρικό επίπεδο.
Η μικροκλίμακα είναι κρίσιμη, επειδή πολλές καρδιαγγειακές παθήσεις σχετίζονται με δυσλειτουργία των καρδιομυοκυττάρων, των επιμέρους συσταλτών κυττάρων που σχηματίζουν τον καρδιακό μυ, το μυοκάρδιο. Η ακριβής μέτρηση της λειτουργίας αυτών των κυττάρων αποτελεί θεμελιώδες βήμα για την πρόληψη της καρδιακής ανεπάρκειας σε ασθενείς με καρδιαγγειακές νόσους.
Πώς κατασκεύασαν την τεχνητή παλλόμενη «καρδιά»
Για να δημιουργήσουν τα HOCs, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν καρδιακά μυϊκά κύτταρα και κύτταρα συνδετικού ιστού από αρουραίους, τα οποία «καλλιέργησαν» σε ειδικό υλικό και τα τοποθέτησαν πάνω σε μικροσκοπικά, εύκαμπτα τσιπ πυριτίου ώστε να σχηματίσουν λειτουργικό καρδιακό ιστό.
Στη συνέχεια ενσωμάτωσαν δύο είδη αισθητήρων. Για τη μέτρηση των μακροσκοπικών δυνάμεων, τοποθέτησαν τον τεχνητό καρδιακό ιστό ανάμεσα σε δύο ελαστικούς στύλους. Οι στύλοι αυτοί συσπώνται με κάθε παλμό και έτσι οι ερευνητές μπορούν να υπολογίσουν τη συνολική συσταλτική ισχύ του ιστού.
Παράλληλα, μέσα στον ιστό τοποθετήθηκαν εύκαμπτοι μικροαισθητήρες από υδρογέλη, οι οποίοι κατέγραφαν τις τοπικές μηχανικές τάσεις σε κυτταρικό επίπεδο.
Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προς τη μελέτη καρδιακών παθήσεων στο εργαστήριο, καθώς οι δυνάμεις που παράγουν τα ίδια τα κύτταρα καθορίζουν την πορεία του καρδιακού ιστού, από τον σχηματισμό και την αναδιαμόρφωσή του μέχρι την αποτελεσματικότητα της συστολής, την επούλωση τραυμάτων και ακόμη και την εξέλιξη του καρκίνου, καταλήγουν οι ερευνητές.
Το μέλλον της εξατομικευμένης ιατρικής
Σε βάθος χρόνου, τα HOCs θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους γιατρούς να δοκιμάζουν θεραπείες πάνω σε κύτταρα του ίδιου του ασθενούς, πριν καν συνταγογραφηθεί κάποιο φάρμακο για την καρδιά. «Αυτό το επίτευγμα μας φέρνει ακόμη πιο κοντά στην πραγματική εξατομικευμένη ιατρική», σημειώνουν οι ερευνητές, «καθώς μας δίνει τη δυνατότητα να εντοπίζουμε το πιο αποτελεσματικό φάρμακο για κάθε άτομο πριν ξεκινήσει η θεραπεία».
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nano Micro Small.
