Laut der British Heart Foundation verursachen Herz- und Kreislauferkrankungen mehr als ein Viertel aller Todesfälle in Großbritannien; das sind fast 170.000 Todesfälle pro Jahr.
In einer neuen Studie haben Forscher der University of Minnesota eine funktionierende menschliche Herzpumpe im 3D-Drucker im Zentimetermaßstab gedruckt, die große Auswirkungen auf den Kampf gegen Herzkrankheiten haben könnte.
In früheren Studien haben Forscher versucht, Herzmuskelzellen, Kardiomyozyten, in 3D zu drucken, indem sie pluripotente menschliche Stammzellen verwenden – Zellen mit dem Potenzial, sich zu jeder Art von Zelle im Körper zu entwickeln. Sie würden diese Stammzellen umprogrammieren, um Herzmuskelzellen zu bilden, und sie dann mit speziellen 3D-Druckern in eine dreidimensionale Struktur, eine sogenannte extrazelluläre Matrix, drucken. Obwohl vielversprechend, produzierte diese Methode nie Zellen, die dicht genug für die Funktion des Herzmuskels waren.
Um dieses Problem zu umgehen, haben die Forscher der University of Minnesota den Prozess umgedreht.
„Die Stammzellen wurden zuerst auf hohe Zelldichten in der Struktur expandiert, und dann haben wir sie zu den Herzmuskelzellen differenziert“, sagte Prof. Brenda Ogle, die leitende Forscherin und Leiterin der Abteilung für Biomedizinische Technik am College der Universität von Minnesota Wissenschaft und Technik.
Mit dieser Methode fanden sie heraus, dass sie innerhalb von weniger als einem Monat eine ausreichend hohe Zelldichte erreichen konnten, um es den Zellen zu ermöglichen, genau wie ein menschliches Herz zusammenzuschlagen.
„Ich konnte es nicht glauben, als wir uns die Schale im Labor ansahen und sahen, dass sich das Ganze spontan und synchron zusammenzog und Flüssigkeit bewegen konnte“, sagte Prof. Ogle.
Das Herzmuskelmodell ist etwa 1,5 Zentimeter lang und wurde speziell so konstruiert, dass es für weitere Untersuchungen in die Bauchhöhle einer Maus passt. Es ist wie ein geschlossener Beutel mit einem Flüssigkeitseinlass und -auslass, der es Forschern ermöglicht, zu messen, wie ein Herz Blut im Körper bewegt.
„Wir haben jetzt ein Modell, um zu verfolgen und zu verfolgen, was auf Zell- und Molekularebene in der Pumpenstruktur passiert, die sich dem menschlichen Herzen annähert. Wir können Krankheiten und Schäden in das Modell einführen und dann die Wirkung von Medikamenten und anderen Therapeutika untersuchen“, sagte Prof. Ogle.
„All dies scheint ein einfaches Konzept zu sein, aber wie man das erreicht, ist ziemlich komplex. Wir sehen das Potenzial und denken, dass unsere neue Entdeckung eine transformative Wirkung auf die Herzforschung haben könnte.“