ביו-הנדסה של שריר לב פועם

שיתוף הפעולה בין הקרדיולוג והאורתופד יכול להיתפס כמשהו חדשני, אם לא מוזר. אבל חיבור שכזה באוניברסיטת צפון קליפורניה בצ'פל היל הביא לתוצאות חיוביות: מודל ניסיוני מהונדס של שריר הלב, הפועם במלוא הקצב.
מערכת המודל החדשה היא טראבקולום ביו-מלאכותי, או bioartificial trabeculum BAT. טרבקולה הן יחידות קטנות של רקמת לב במשטח הפנימי של חדרי השאיבה העיקריים של הלב. למרות שהוא עדין מרוחק מהיכולת של הלב האנושי, המודל יכול להיות כלי משמעותי מבחינה מדעית על מנת לנתח מחלות לב, והפרעות אלקטרוניות או מכניות בלב.
"מטרת המחקר היתה לבחון את האפשרות שניתן יהיה לקחת תאי לב מבודדים ובתנאים מתאימים לאפשר להם להתחבר ולהתמזג אחד בשני למטרות פונקציונליות, כך שתיווצר רקמה מלאכותית" אומר הקרדיולוג והשותף לפיתות ד"ר ויין קסקיו, פרופסור שותף לרפואה ב UNC.
קסקין אמר שהרעיון ל BAT התחיל מהרצאה על הנדסה ביו-רפואית שנתן ד"ר אלברט ג'. ביינס, מרצה לאורתופדיה. ביינס סיפר על עבודתו של פיתוח חיישנים מלאכותיים. באמצעות חברה שייסד 18 שנה קודם לכן ביינס פיתח לוחית רקמות מיוחדת שהיתה חשובה בפיתוח מסגרת עליה תאים בצורת ג'ל קולגן נוזלי יצרו מבנה דמוי רקמה. פיתוחים נוספים במקומות אחרים כללו מבנים קשיחים או רשתות עליהם יכולים התאים להתפתח ולגדול.
"הבסיס העקרוני למוצר היה לוחית גמישה לתרביות, כשהמחשבה היתה שכל התאים בגוף שלנו מצויים בעומס מכני כלשהו, כשמתח מחזורי הוא אחד מהם" אומר ביינס. "חשבנו שיהיה טוב יותר לגדל תאים בסביבה דינמית על מצע גמיש. כך יכולנו למתוח את תאי הרקמות בדרך מסויימת, ולחקות את השפעות העומס המכני על האברונים, שריר העצם, גידים, וגם להוסיף את המתח המתרחש בזמן מעבר הנוזלים בכלי הדם. ד"ר קסקיו העריך נכונה שנוכל לגדל רקמות דמויות רקמות שריר הלב. שם התחיל שיתוף הפעולה".
בפיתוח מודל הרקמות, קסקיו ועוזר המעבדה שלו, ג'וזף ברקהן, בודדו מיוציטים myocytes מלב חולדות בנות יום אחד.
אלה היו מעורבים בתמיסת קולגן, והתגבשו לג'ל באינקובציה על צלחות התרבית. לצלחות יש שני חוטי ניילון בשני הצדדים, ותחתית גמישה מסיליקון. לאחר ארבעה ימים בתרבית, תאי הלב נדדו לאמצע הג'ל על מנת ליצור חבל עבה של רקמה שנמתח בין שני החוטים.
חבל הרקמה פעם בצורה קצבית כ 100 פעימות בדקה, פעימות שניתן היה להבחין בהן בקלות באמצעות מיקרוסקופ. ניסויים מראים מצבים האופיינים לרקמת לב וזיווג תא לתא אופייני גם הוא לרקמת לב.
המטרות לטווח הארוך הן יישום המחקר והשפעות העומס המכני על פיזיולוגיית לב נורמלית, ולפתח מערכת מודלים של מחקר מחלות לב.
"במעבדה שלי, אנחנו מתעניינים במיוחד ביצירת מיוציטים מהלב עם מאפיינים חשמליים או תנועתיים על ידי שינוי הגנטיקה של התאים ויצירתם מחדש ברקמות פונקציונליות" אומר קסקיו. הוא מוסיף שיש חוקרים שרואים במודל אמצעי ליצירת "טלאי רקמה" אותם ניתן יהיה להניח על משטח הלב ולהטמיעם בלב חולה, קרדיומיופלסטיקה, מעין ניתוח פלסטי ללב. "אבל אנחנו עדין נמצאים בשלב מאוד מוקדם על מנת לממש גישה שכזו" הוא אומר.