Es gibt da ein Miniaturherz, das tatsächlich schlägt. Ehrlich! Unter dem Neonlicht eines kalifornischen Labors pulsiert ein Stück menschliches Gewebe regelmäßig. Es ist so groß wie ein Fingernagel, aber es ahmt Rhythmus, Kontraktion und Blutfluss nach. Es ist ein Herz auf einem Chip (Herz-auf-einem-Chip), ein mikrophysiologisches System, das das Herz in einem kleineren Maßstab nachbildet.
Es wurde entwickelt, um zu beobachten, wie Zellen auf neue Gentherapien reagieren, ohne dass invasive Experimente erforderlich sind. Laut offizielle Nachrichten Das aus Berkeley stammende Modell verwendet mikrofluidische Kanäle und 3D-Muskeln von Herzmuskelzellen. Und es sieht wirklich sehr, sehr vielversprechend aus.
Das Lieferproblem
Seit Jahren versucht die Kardiologie, Medikamente direkt in den Herzmuskel zu verabreichen. Lipid-Nanopartikel (LNPs)Die gleichen, die auch bei mRNA-Impfstoffen verwendet werden, sind hervorragende Vektoren für Leber und Lunge, aber beim Herzen versagen sie: Das Endosom (das so etwas wie das „Zollhaus“ der Zellen ist) hält die Therapie zurück und baut sie ab, bevor sie ihre Wirkung entfalten kann.
Die Schwierigkeit des endosomalen Austritts stellt einen Engpass für kardiale Gentherapien dar. Doch nun könnte sich die Situation ändern.
Der Herz-auf-einem-Chip-Test
Das Team unter der Leitung der University of California, Berkeley, der Gladstone Institutes und der University of California, San Francisco synthetisierte Nanopartikel, die mit einem säureabbaubaren Polyethylenglykol beschichtet sind, das sich bei zellulärem pH-Wert auflöst und die therapeutische mRNA freisetzt.
Im Herz-auf-einem-Chip bewegten sich diese Partikel durch Flüssigkeitskanäle, die weniger als ein Haar breit waren, und simulierten so die Dichte von Herzgewebe. Das Ergebnis? Einige überwanden die Barriere und setzten die mRNA direkt im Inneren der kontraktilen Zellen frei. die Studie Es wurde in der Fachzeitschrift Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.
Ein Modell, das imitiert und versteht
„Unser Rahmenwerk ermöglicht es uns, schnell wirksame Nanopartikel für das Herz zu identifizieren und so Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren“, erklärt er. Kevin Healy, Professor für Bioingenieurwesen und Materialwissenschaften an der UC Berkeley.
Dreidimensionale Modelle von Herzgewebe bilden Druckverhältnisse und zelluläre Interaktionen nach, die ein zweidimensionales Modell nicht simulieren kann. Jeder Chip wird so zu einem Mikroorganismus, der Fehler macht, sich selbst repariert und Wissen vermittelt, ohne jemals das Labor zu verlassen.
Die Kombination aus Mikrofluidik und Gewebezüchtung ermöglicht es uns, Nanopartikelvarianten zu testen und ihr Verhalten im Organismus vorherzusagen. Sie beschleunigt biologische Tests und vieles mehr.
Wir haben das Thema Organe auf Chips bereits besprochen, und ich möchte einen Aspekt hervorheben, der mir wichtig ist: Diese Technologie kann unter anderem Tiermodelle ersetzen.
Vom Herz-Chip zum echten Herzen
Nach erfolgreichen Tests auf einem Chip wiederholten die Forscher das Experiment an Mausmodellen: Die Nanopartikel drangen in das Gewebe ein und transportierten die mRNA zu den Herzmuskelzellen, ohne dass dabei Schäden festgestellt wurden. Dies ist das erste Mal, dass ein nicht-viraler Vektor diese Effizienz in einem der komplexesten Muskeln des menschlichen Körpers unter Beweis gestellt hat.
Wie bereits erwähnt, verfolgen wir die Chiptechnologie mit großem Interesse, insbesondere im Bereich der Kardiologie: Vor nicht einmal einem Jahr habe ich mit Ihnen darüber gesprochen. des „Mini-Chips“, der die Diagnose eines Herzinfarkts beschleunigtDas Herz-auf-einem-Chip ist Teil eines umfassenderen Paradigmas der personalisierten Medizin.
Der künstliche Herzschlag, der Leben zurückbringt
Das Paradoxe (und vielleicht auch poetische) ist, dass ein Gerät aus Glas und Silikon die Menschlichkeit im Herzen wiederherstellen kann. Hat die Biotechnologie bisher versucht, Leben zu imitieren, so bietet sie nun Werkzeuge zur Selbstheilung an. Das Herz auf einem Chip ist der Schnittpunkt von Ingenieurwesen und Biologie, wo Miniaturisierung zum Akt der Heilung wird.
Jawohl, der Weg zu wirksamen Gentherapien gegen Herzinsuffizienz führt über ein Stück Gewebe, das auf eine Glasplatte klopft. Keine Versprechen, nur eine Tatsache: Um das menschliche Herz zu verstehen, müssen wir zunächst eines entwickeln, das sich selbst heilen kann.
