Het officiële MedZine Blog

Achtergrond bij het medisch nieuws

Het hart oplappen met weefsel uit een laserprinter

Het hart oplappen met weefsel uit een laserprinter

Stagnering in de behandeling van hartfalen vraagt om innovatieve benaderingen. De groep van Leidse stamcelonderzoeker prof. dr. Christine Mummery ontdekte onlangs hoe je functionele hartspiercellen kunt krijgen uit geïnduceerde pluripotente stamcellen. Samen met een chirurg en een biotechnoloog uit Hannover is het concept ontstaan om hartschade te repareren met stukjes patiënteigen hartweefsel, geprint met een laser-assisted 3D-bioprinter.

In haar werkkamer in het onderzoeksgebouw van het Leids Universitair Medisch Centrum laat Christine Mummery op haar laptop een filmpje zien van een kloppende kamer van een varkenshart. De Duitse hartchirurg dr. Axel Haverich heeft een gat in de kamerwand gedicht met een lapje darmweefsel. De met hechtdraad omzoomde gelige patch gaat echter niet mee in de contracties. “Zo’n hart blijft na de operatie nog enige uren kloppen en bezwijkt dan aan een ritmestoornis. De uitkomst is anders indien uitgevoerd op het atrium, daar staat veel minder druk op. Haverich heeft bijna vier jaar geleden bij een vrouw een tumor uit de atriumwand verwijderd en het ontstane gat op dezelfde manier opgevuld met een stuk van haar darmweefsel. Ze verkeert nog altijd in goede gezondheid. Dit demonstreert dat zo’n complexe ingreep te doen is. Alleen enkele grotere vaten uit hartwand en patch werden met naald en draad verbonden, de kleinere vonden door hun zelforganiserend vermogen spontaan aansluiting. Varkensexperimenten lieten dus zien dat een ventrikelreparatie hogere eisen stelt aan het type patch. In een samenwerkingsproject willen we nu inzetten op een patch van hartspierweefsel. Zo zou na een hartinfarct het afgestorven spierweefsel kunnen worden verwijderd en vervangen.“

Dicterend bindweefsel

In het laboratorium van haar afdeling Anatomie en Embryologie worden microscopische stukjes menselijk hartweefsel geproduceerd met een in 2007 geïntroduceerde methode. Deze methode genereert geïnduceerde pluripotente stamcellen (induced pluripotent stem cells, iPSC) uit lichaamscellen, bijvoorbeeld uit huidcellen van gezonde proefpersonen of (hart)patiënten. Die iPSC worden in celkweek vermeerderd en gestimuleerd uit te rijpen tot celtypes naar keuze, waaronder hartspiercellen. Ze laat een filmpje zien van een kloppend celklompje.  “Dit bevat behalve hartspiercellen ook fibroblasten en vaatcellen. We gebruiken dergelijke minihartjes als ziektemodellen en om grootschalig en proefdiervrij nieuwe geneesmiddelen te testen. Normaliter hebben hartspiercellen uit iPSC een foetaal karakter. Zo gebruikt een foetaal hartje glucose als energiebron, maar gaat het over op vetzuurverbranding zodra de baby melk krijgt. Ook de elektrische responsen van foetale hartspiercellen zijn afwijkend. Het is dus cruciaal deze cellen verder te laten rijpen tot volwassen hartspiercellen. Recent hebben we ontdekt dat dit gebeurt als iPSC-hartspiercellen worden gecombineerd met hartbindweefselcellen. In de minihartjes worden dan transverse (T-)tubules gevormd, uitstulpingen van het hartspiercelmembraan die naar het celcentrum migreren en onder andere de cellulaire calciumconcentratie reguleren. Dit onderstreept dat we echt van doen hebben met volwassen hartspiercellen. Hartbindweefselcellen maken blijkbaar stofjes die cruciaal zijn voor de verdere ontwikkeling van hartspiercellen en vaatweefsel en we proberen nu te achterhalen om welke componenten het gaat. Wellicht betreft het een algemeen ontwikkelingsbiologisch principe en hebben bijvoorbeeld bindweefselcellen in de hersenen een vergelijkbaar effect op de uitrijping van hersenneuronen. Waren we het afgelopen decennium gefixeerd op de hartspiercel, nu realiseren we ons dat de oorzaak van hartfalen ook in bind- of vaatweefsel kan zitten, dat de hartspiercel soms eerder een slachtoffer is dan de boosdoener.“

Binnen vijf minuten geprint

Maar hoe denkt Mummery te komen van celklompjes van nog geen halve millimeter tot voor chirurgen bruikbare hartweefselpatches? Dat blijkt een ambitieuze exercitie. “Samen met Haverichs collega prof. dr. Boris Chickov willen we lichaamseigen patches produceren met een laser-assisted 3D-bioprinter (LAB). Hiermee kan razendsnel laagsgewijs en met hoge resolutie gelatineus materiaal met levende cellen worden opgebracht op basis van morfologische data uit MRI-beelden en histologische coupes. De verschillende containers worden respectievelijk gevuld met uit iPSC verkregen hartspier-, vaat- en steunweefselcellen. Zo’n LAB moet binnen vijf minuten een patch kunnen printen. Vaatcellen die in zo’n 3D-print worden neergelegd als vertakte celstrengen vormen spontaan een vaatstelsel en de zelforganiserende steunweefselcellen geven de nodige stevigheid. Aangesloten op een perfusiesysteem kun je zo’n patch dan via dat vaatstelsel van voeding en zuurstof voorzien tot het moment van toepassing in de operatiekamer.“

“In veel studies is geprobeerd infarcten te behandelen met injecties van ongedifferentieerde stamcellen”, aldus Mummery. “Gemiddeld gaven die studies slechts 3% verbetering van de hartfunctie. Momenteel is harttransplantatie eigenlijk de enige optie, maar bij gebrek aan donoren zijn de wachttijden veel te lang. Ventricular assist devices, draagbare pompsystemen die de hartfunctie ondersteunen, gaan vaak gepaard met bloedingen, stollingen, longfalen of infecties. Daarnaast zijn er de afgelopen jaren nauwelijks nieuwe geneesmiddelen voor hartfalen ontwikkeld. De problematiek van hartfalen vraagt echt om gedurfde nieuwe benaderingen. We hebben ons concept als projectvoorstel ingediend voor een Europese subsidie en mogen het binnenkort verdedigen in Brussel.“

Referenties:

Giacomelli E, et al. Cell Mol Life Sci. 2017;74(20):3711-3739.

Giacomelli E, et al. Development. 2017;144(6):1008-1017.


Lees hier meer testimonials van HCP-ers en adverteerders

Volg ons