Serce nie bije samo z siebie – jego pracą steruje niewielkie skupisko komórek w prawym przedsionku, znane jako węzeł zatokowo-przedsionkowy. To on wytwarza impulsy elektryczne, wymuszając skurcze organu w ściśle określonym rytmie. Gdy węzeł ten przestaje działać prawidłowo, pacjent narażony jest na groźną dla życia arytmię. Jak dotąd jedynym skutecznym ratunkiem był tytanowy kardiostymulator. Czy możliwe jest jednak odtworzenie tego złożonego mechanizmu z żywych komórek?
Zespół naukowców z Szanghajskiego Instytutu Biochemii i Biologii Komórki uczynił właśnie milowy krok w tym kierunku. Wykorzystując ludzkie pluripotencjalne komórki macierzyste, badacze po raz pierwszy wyhodowali w laboratorium nie tylko pulsującą tkankę, lecz pełnowymiarowy, trójwymiarowy organoid węzła zatokowego. Wyniki ich prac, które ukazały się w prestiżowym piśmie Cell Stem Cell, opisują konstrukcję tak zwanego biologicznego rozrusznika serca.
Najtrudniejszym zadaniem nie było samo wywołanie skurczów komórek. Wyzwaniem stało się zmuszenie ich do reagowania na sygnały z układu nerwowego. W naturalnych warunkach tętno jest stale korygowane przez impulsy płynące z mózgu. Aby odtworzyć ten proces, szanghajscy biolodzy połączyli organoid sterujący rytmem z wyhodowanym splotem zwojowym, nasyconym neuronami.
Próba zakończyła się pełnym sukcesem: włókna nerwowe samoistnie wrosły w sztuczny węzeł i zaczęły kontrolować częstotliwość jego pracy przy pomocy sygnałów molekularnych, idealnie naśladując mechanizm stworzony przez naturę.
Dlaczego badacze zdecydowali się na tak misterną konstrukcję? Analiza zaburzeń rytmu u myszy jest mało miarodajna, gdyż ich serca biją zbyt szybko, a pozyskanie żywych próbek ludzkiego węzła zatokowego jest z oczywistych względów niemal niewykonalne. Nowatorski, trójelementowy model „nerw–węzeł–przedsionek” pozwolił naukowcom wywołać arytmię genetyczną bezpośrednio w warunkach laboratoryjnych. Wprowadzając konkretną mutację, zaobserwowali oni spowolnienie rytmu, a następnie skutecznie przetestowali blokery kanałów potasowych, które przywróciły tętno do normy.
Czy to oznacza, że czas tytanowych aparatów pod skórą dobiega końca? Na razie jeszcze nie. Zanim takie biologiczne układy trafią do pacjentów, trzeba rozwiązać wiele problemów związanych z bezpieczeństwem – od trwałości komórek po ryzyko odrzutu. Mimo to fundamenty technologiczne zostały już położone. Opracowana platforma już dziś pozwala farmaceutom na testowanie leków na arytmię na autentycznej ludzkiej tkance, co znacząco przybliża nas do ery medycyny personalizowanej.
