Eftersom hjärtceller inte kan föröka sig och hjärtmuskler innehåller få stamceller, hjärtvävnad inte kan reparera sig själv efter en hjärtattack. Nu sätter forskare vid Tel Aviv University bokstavligen en ny guldstandard inom hjärtvävnadsteknik.

Dr Tal Dvir och hans doktorand Michal Shevach från TAU:s institution för bioteknik, Institutionen för materialvetenskap och teknik, och centrum för nanovetenskap och nanoteknik, har utvecklat sofistikerade mikro- och nanoteknologiska verktyg – i storlek från en miljondels till en miljarddels meter – för att utveckla funktionella substitut för skadade hjärtvävnader. Söker efter innovativa metoder för att återställa hjärtfunktionen, speciellt hjärt-"plåster" som kan transplanteras in i kroppen för att ersätta skadad hjärtvävnad, Dr Dvir slog bokstavligen guld. Han och hans team upptäckte att guldpartiklar kan öka ledningsförmågan hos biomaterial.

I en studie publicerad av Nanobokstäver , Dr. Dvirs team presenterade sin modell för ett överlägset hybridhjärtplåster, som innehåller biomaterial som skördats från patienter och guldnanopartiklar. "Vårt mål var dubbelt, " sa Dr. Dvir. "För att konstruera vävnad som inte skulle utlösa ett immunsvar hos patienten, och att tillverka en funktionell patch som inte drabbas av signal- eller konduktivitetsproblem."

En ställning för hjärtceller

Hjärtvävnad konstrueras genom att tillåta celler, tagna från patienten eller andra källor, att växa på en tredimensionell ställning, liknar kollagennätet som naturligt stödjer cellerna i hjärtat. Över tid, cellerna går samman för att bilda en vävnad som genererar sina egna elektriska impulser och expanderar och drar ihop sig spontant. Vävnaden kan sedan kirurgiskt implanteras som ett plåster för att ersätta skadad vävnad och förbättra hjärtfunktionen hos patienter.

Enligt Dr. Dvir, de senaste ansträngningarna i den vetenskapliga världen fokuserar på användningen av byggnadsställningar från grishjärtan för att förse kollagennätet, kallas den extracellulära matrisen, med målet att implantera dem i mänskliga patienter. Dock, på grund av rester av antigener som socker eller andra molekyler, de mänskliga patienternas immunceller kommer sannolikt att attackera djurmatrisen.

För att ta itu med detta immunogena svar, Dr. Dvirs grupp föreslog ett nytt tillvägagångssätt. Fettvävnad från en patients egen mage kan enkelt och snabbt skördas, dess celler avlägsnas effektivt, och den återstående matrisen bevaras. Denna ställning provocerar inte ett immunsvar.

Använder guld för att skapa ett hjärtnätverk

Det andra dilemmat, att upprätta funktionella nätverkssignaler, komplicerades av användningen av den humana extracellulära matrisen. "Konstruerade patchar upprättar inte anslutningar omedelbart, " sade Dr. Dvir. "Biomaterial som skördats för en matris tenderar att vara isolerande och därmed störande för nätverkssignaler."

Vid hans laboratorium för vävnadsteknik och regenerativ medicin, Dr. Dvir utforskade integrationen av guldnanopartiklar i hjärtvävnad för att optimera elektrisk signalering mellan celler. "För att ta itu med vårt elektriska signaleringsproblem, vi deponerade guldnanopartiklar på ytan av vår patientskördade matris, "dekorera" biomaterialet med ledare, " sa Dr. Dvir. "Resultatet var att det icke-immunogena hybridplåstret drog ihop sig fint på grund av nanopartiklarna, överför elektriska signaler mycket snabbare och mer effektivt än icke-modifierade ställningar."

Preliminära testresultat av hybridplåstret på djur har varit positiva. "Vi måste nu bevisa att dessa autologa hybridhjärtplåster förbättrar hjärtfunktionen efter hjärtinfarkt med minimalt immunsvar, " sa Dr. Dvir. "Då planerar vi att flytta den till stora djur och efter det, till kliniska prövningar."