Het hart slaat niet zomaar uit zichzelf; de werking ervan wordt aangestuurd door een minuscule groep cellen in de rechterboezem, ook wel de sinoatriale knoop genoemd. Deze knoop genereert elektrische impulsen die het orgaan in een strak bepaald tempo laten samentrekken. Wanneer deze knoop uitvalt, krijgt een patiënt te maken met levensbedreigende hartritmestoornissen. Tot op heden was een metalen pacemaker de enige betrouwbare redding. Maar is het mogelijk om dit complexe mechanisme na te maken met levende cellen?
Een onderzoeksteam van het Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology heeft een cruciale stap in die richting gezet. Met behulp van menselijke pluripotente stamcellen zijn de wetenschappers er voor het eerst in geslaagd om in een petrischaaltje niet slechts kloppend weefsel te kweken, maar een volwaardig driedimensionaal organoïde van de sinoatriale knoop. De resultaten van hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Cell Stem Cell, beschrijven de ontwikkeling van een zogenaamde biologische pacemaker.
De grootste uitdaging was niet om de cellen simpelweg te laten samentrekken. De vraag was hoe ze konden worden gedwongen om de commando's van het zenuwstelsel op te volgen. In een levend organisme wordt de hartslagfrequentie namelijk voortdurend bijgestuurd door signalen vanuit de hersenen. Om dit proces na te bootsen, combineerden de biologen uit Shanghai de ritmebepalende pacemaker-organoïde met een gekweekt ganglion-vlechtwerk dat rijk is aan neuronen.
Het experiment bleek een succes: de zenuwvezels groeiden zelfstandig de kunstmatige knoop binnen en begonnen de hartslag te reguleren via moleculaire signalen, waarmee het natuurlijke mechanisme exact werd gekopieerd.
Waarom was deze uiterst precieze constructie zo hard nodig voor de wetenschappers? Het bestuderen van ritmestoornissen bij muizen is weinig effectief omdat hun hart veel te snel slaat, terwijl het verkrijgen van monsters van een levende menselijke sinoatriale knoop om begrijpelijke redenen vrijwel onmogelijk is. Dankzij het nieuwe drieledige model van 'zenuw, knoop en boezem' konden de onderzoekers genetische aritmie direct in het laboratorium nabootsen. Door een gerichte mutatie aan te brengen, stelden zij een vertraging van het ritme vast, waarna ze met succes kaliumkanaalblokkers testten die de hartslag weer normaliseerden.
Betekent dit dat het tijdperk van titanium apparaten onder de huid nu definitief ten einde is gekomen? Voorlopig nog niet. Voordat dergelijke biologische constructies bij echte patiënten kunnen worden geïmplanteerd, moeten er nog tal van veiligheidskwesties worden opgelost, variërend van de overleving van de cellen op de lange termijn tot de bescherming tegen afstoting. Desondanks is het technologische fundament hiermee gelegd. Het ontwikkelde platform stelt farmaceuten nu al in staat om nieuwe medicijnen tegen aritmie te testen op authentiek menselijk weefsel, wat de gepersonaliseerde geneeskunde van de toekomst een flinke stap dichterbij brengt.
