Een bijzondere prestatie: wetenschappers hebben een ‘minihart’ ontwikkeld in het lab. Het is hen gelukt de eerste ontwikkelingsfase van een menselijk hart na te bootsen door stamcellen op te kweken tot een zogenaamde organoïde.
Een menselijk hart begint zich ongeveer drie weken na de bevruchting van de eicel te ontwikkelen. In deze vroege fase weten vrouwen meestal nog niet dat ze zwanger zijn. Dit is een van de redenen waarom we nog heel weinig weten van het ontstaan en de prille groei van het menselijke hart. Dierproeven lichten wel een tipje van de sluier op, maar veel van de details tijdens de ontwikkeling van menselijke organen zijn toch anders. Daarom is het zo interessant dat het een team van de Technische Universiteit München gelukt is om een miniatuurhart te kweken in een petrischaaltje. De wetenschappers wisten de juiste omstandigheden te creëren en stamcellen zo te prepareren dat ze uiteindelijk uitgroeiden tot mini-organen.
Een bal van 35.000 stamcellen in een centrifuge
Teamleider Alessandra Moretti, professor in de regeneratieve geneeskunde, ontwikkelde de ‘minihart’-methode. Ze stopte zo’n 35.000 stamcellen in een centrifuge en liet ze een aantal weken ronddraaien. Ondertussen werden verschillende signaalmoleculen – dit zijn chemische verbindingen die zorgen voor de informatieoverdracht tussen cellen – op gezette tijden toegevoegd aan het mengsel. Het team experimenteerde veel met verschillende signaalstoffen, hoeveelheden en het moment waarop de stoffen werden toegevoegd. “Op deze manier bootsen we de signalen na die de ontwikkeling van het hart reguleren”, legt Moretti uit, wier studie afgelopen week in Nature verscheen.
Epicardioïden
Het resultaat na een aantal weken mag er zijn. De organoïden waren ongeveer een halve millimeter groot. Ze waren op dat moment in de ontwikkeling nog niet in staat om bloed rond te pompen, maar door elektrische stimulatie trokken ze zich wel samen, net als menselijke hartkamers. Moretti en haar team zijn de eerste wetenschappers ter wereld die het hebben klaargespeeld om een organoïde te creëren bestaande uit hartspiercellen (cardiomyocyten) met een laag buitenste hartwandcellen (epicardium) eromheen. “Om te begrijpen hoe een hart zijn uiteindelijke vorm krijgt, is het enorm belangrijk om de ontwikkeling van epicardiumcellen in de vingers te krijgen”, zegt onderzoeker Anna Meier. “Andere celtypes in het hart, zoals het bindweefsel en de bloedvaten, ontstaan uit deze cellen. Het epicardium speelt ook een cruciale rol in de formatie van de hartkamers.” Het team heeft de nieuwe organoïden dan ook omgedoopt tot ‘epicardioïden’.
Nieuw celtype ontdekt
De onderzoekers hebben een recente ontdekking bij muizen gebruikt om de epicardiumcellen te laten ontstaan in hun centrifuge. Een precursorcel – een stamcel die al een bepaalde ontwikkeling heeft doorgemaakt en het voorstadium is van een volgende cel – van het epicardium bleek rond de zevende dag te ontstaan in de groei van een muizenorganoïde. “We gaan ervan uit dat deze cellen ook in het menselijk lichaam te vinden zijn, al is het maar voor een paar dagen”, zegt Moretti. Het lijkt erop dat dit proces ervoor kan zorgen dat een foetaal hart zichzelf repareert, iets wat niet of nauwelijks mogelijk is bij een volgroeid hart. Deze kennis helpt de medische wetenschap mogelijk verder in hun missie om nieuwe behandelmethoden te ontwikkelen voor hartaanvallen en andere stoornissen.
Organoïden op maat
Een andere mogelijkheid om de nieuwe kennis in de praktijk te brengen, is het maken van ‘gepersonaliseerde organoïden’. Zo zou je de ziektes van individuele patiënten onder de loep kunnen nemen en onderzoeken wat het effect is van bepaalde medicijnen. Het team gaat de komende maanden testen uitvoeren met gekweekte organoïden van mensen met verschillende genetische hartafwijkingen. “Het zou goed kunnen zijn dat we door middel van deze testen het gebruik van dierproeven in de toekomst sterk kunnen reduceren”, aldus Moretti.
