Nu elk jaar zo’n 4 miljoen Europeanen sterven aan hart- en vaatziekten, zijn onderzoekers hard op zoek naar nieuwe behandelingen.
Dat werk zou in de toekomst wel eens verlicht kunnen worden. Een Amerikaans onderzoeksteam van de universiteit van Boston heeft een miniatuurmodel van een hartkamer ontwikkeld, gemaakt van menselijke hartstamcellen en 3D-geprinte kunststofonderdelen.
MiniPUMP, zoals de uitvinding heet, is niet groter dan een postzegel en pompt als een echt hart helemaal zelf.
Het nieuwe minihart geeft onderzoekers een gedetailleerd en nauwkeurig beeld van de werking van het menselijk hart, waarmee ze kunnen kijken hoe ziekten het orgaan aantasten en de effectiviteit van nieuwe behandelingen kunnen testen zonder experimenten op levende mensen te hoeven uitvoeren.
Dankzij het hartweefsel trekt het kunsthart zich samen met pulserende bewegingen. De onderzoekers kunnen er de werking van geneesmiddelen en eventuele bijwerkingen mee testen.
Minihart ligt altijd in vloeistof
De ondersteunende structuur van miniPUMP lijkt op een cirkelvormige steiger of op een raster van minuscule, 3D-geprinte kunststofstaafjes die kunnen veren.
Hierdoor kan de hartkamer zich samentrekken en uitzetten, net als in het echt. De verende kunststofstructuur is bekleed met hartweefsel gemaakt van menselijke stamcellen.
Het minihart wordt voortdurend ondergedompeld in een vloeistof die glucose en voedingsstoffen bevat. Dankzij de vloeistof kunnen de stamcellen de energie aanmaken die ze nodig hebben om zich samen te trekken.
Door het werk van de cellen knijpt de hele hartkamer zich samen, waardoor de voedingsrijke vloeistof, die ook de holte van de hartkamer vult, naar buiten wordt geperst door wat lijkt op hartkleppen in een mensenhart. Op het moment dat de cellen zich ontspannen, vult de holte zich weer met de vloeistof.
Het kunststof skelet van de miniPUMP is bekleed met hartweefsel, gemaakt van menselijke stamcellen. Die wekken zelf de energie op voor de samentrekkingen.
Experimenten geven bijwerkingen
Zolang de cellen toegang hebben tot de voedselrijke vloeistof, pompt de hartkamer voortdurend, waardoor de vloeistof in en uit de kamer stroomt.
’Hij fungeert als een normale hartkamer en heeft geen externe energietoevoer nodig. Onze miniPUMP werkt geheel zelfstandig, zodat we kunnen bestuderen hoe een menselijk hart op allerlei prikkels reageert. We kunnen deze experimenten uitvoeren zonder levende mensen, wat een enorm voordeel is,’ verklaart Alice White, Ph.D, hoogleraar en voorzitter van het Boston University College of Engineering en leider van het miniPUMP-project.
De uitvinding is niet veel groter dan een postzegel, maar is van groot belang omdat er nieuwe hartbehandelingen mee ontdekt kunnen worden.
’Zo kunnen we geneesmiddelen aan de miniPUMP toevoegen en observeren hoe dat de hartkamerfunctie beïnvloedt. Op die manier kunnen we zien welke medicijnen de hartfunctie verbeteren of verslechteren en of ze bijwerkingen hebben,’ zegt ze.
De mogelijkheden om behandelingen te testen zijn niet beperkt tot geneesmiddelen. Het is bijvoorbeeld ook mogelijk om ongezonde cellen aan de kunstmatige hartkamer toe te voegen. Dit zouden cellen kunnen zijn met genetische mutaties waarvan bekend is dat ze het risico op het ontstaan van hart- en vaatziekten verhogen.