Vědci z Torontské a Montrealské univerzity v Kanadě vytvořili milimetrový model srdečního svalu lidského embrya, který nejenže bije jako skutečné srdce, ale dokonce i stejným způsobem pumpuje tekutinu. Tento model by měl usnadnit cestu k vývoji nových léků na kardiovaskulární problémy a současně umožnit výzkum vývoje srdečních stavů. Výsledek své práce vědci zveřejnili v časopise Advanced Biology.

„S naším novým modelem můžeme například měřit objem tekutiny, který je vytlačen při každém stahu srdeční komory, a její tlak. Získat tyto údaje s předchozími modely bylo téměř nemožné,“ uvedla podle webu Science Alert biolékařská inženýrka Torontské univerzity Sargol Okhovatianová.

Prostata. Ilustrační foto.
Nádor našli za pět dvanáct. Lékaři zachytili desítky případů rakoviny prostaty

To, jak nemocné či zdravé srdce rozvádí krev do těla, se dá v současnosti studovat několika způsoby. Jednou z nich je zkoumat autentické, avšak nefunkční orgány například při pitvě. Tkáňové kultury sice umožní vědcům i lékařům prozkoumat, v jakém stavu jsou, a třeba i poskytnout určité vodítko k tomu, jaká asi byla jejich biochemická funkčnost, ale už plně neukáží, jak fungovala hydraulika trojrozměrné pulzující hmoty. 

Na pokusných zvířatech se sice dá ověřit, jak srdeční pumpa pracuje a jak se vlivem nově vyvinutých léků nebo léčebných postupů zlepšil její výkon, ale ne vždy je to ten nejetičtější způsob výzkumu.

Terminátor realitou: směs syntetiky a biologických materiálů

Proto se začaly ze směsí syntetických a biologických materiálů vyvíjet 3D modely lidského těla, které se chovají přesně tak jako jejich přirozené předobrazy, aniž by se rozvinuly do plně funkčních orgánů. Miniaturní model části lidského srdce je dalším objektem právě tohoto typu.

Samotné buňky byly odvozeny z kardiovaskulárních tkání mladých potkanů, ​​a poté pěstovány na vytištěné polymerové vrstvě lešení s drážkami pro řízení růstu tkáně.

Červené krvinky, ilustrační foto
Přelom ve vědě. Byly vytvořeny umělé červené krvinky, mohou být i dálkově řízené

Tato plochá síťovina donutila strukturu zarovnat vlákna podobným způsobem, jak jsou zarovnána v srdečním svalu lidské levé komory, která představuje poslední objemnou komoru, jež jediným mocným stlačením vypouští krev do aorty.

K přeměně trojvrstvého svazku srdečních buněk na něco, co se více podobá pulzující komoře, použili vědci kuželovitou hřídel. K tomu, aby tato špinavá trubice buněk srdečního svalu začala bít, pak už potřebovali jen sérii malých elektrických výbojů.

Srdce se nejen stahuje, ale i stáčí

„Pokusů vytvořit skutečně funkční 3D model komory bylo dosud jen několik, na rozdíl od plochých plátů srdeční tkáně. Prakticky všechny však byly vyrobeny z jediné vrstvy buněk. Skutečné srdce má ale mnoho vrstev a v každé z nich jsou buňky orientovány v různých úhlech. Když srdce bije, tyto vrstvy se nejen stahují, ale také stáčejí. Jde o podobný princip, jako když kroutíte ručník, abyste z něj vyždímali co nejvíc vody. Srdci to umožňuje pumpovat více krve,“ vysvětlila hlavní autorka nové studie, chemička z Torontské univerzity Milica Radisicová.

S vnitřním průměrem pouhého půl milimetru dokáže sice uměle vypěstovaný srdeční model vytlačit kapalinu jen stěží - dosahuje tlaku zhruba pěti procent srdce dospělého člověka - ale přesto jde podle vědců o skvělý koncept, který by časem mohl být rozvinut tak, aby zahrnoval více tkáňových vrstev, a představoval tak silnější systém.

Některé buňky v lidském mozku zesilují svou aktivitu i poté, co člověk zemře.
Zombie existují. Vědci zachytili v mozku zemřelých lidí něco zvláštního

Pokud by se navíc podařilo odstranit polymerové lešení a nahradit je směsí lidských tkání, mohl by vzniknout plně funkční, transplantovatelný orgán.

„S těmito modely můžeme studovat nejen buněčnou funkci, ale i funkci tkání a orgánů, a to vše bez nutnosti invazivní chirurgie nebo experimentování na zvířatech. Můžeme je také používat k testování pozitivních nebo negativních účinků nově vyvíjených léků,“ doplnila Radisicová.