Cercetătorii din Melbourne au făcut un pas important spre o medicină în care valvele cardiace deteriorate ar putea fi reparate sau înlocuite cu țesut capabil să se adapteze organismului.
Cercetătorii au creat în laborator țesut de valvă cardiacă umană folosind celule stem modificate genetic.
Țesutul seamănă foarte mult cu valvele umane reale, inclusiv la nivel molecular, ceea ce permite studierea mai precisă a bolilor.
Modelul poate reproduce semne ale bolii valvulare inflamatorii, inclusiv modificări asociate bolii cardiace reumatice.
Pe viitor, tehnologia ar putea contribui la dezvoltarea unor valve obținute din celule stem, care să poată crește și să se adapteze odată cu pacientul – o perspectivă deosebit de importantă pentru copii.
Descoperirea aparține unei echipe conduse de cercetători de la Murdoch Children's Research Institute (MCRI) din Melbourne, Australia, iar rezultatele au fost publicate în revista Cell Stem Cell.
Oamenii de știință au reușit să producă țesuturi de valvă cardiacă umană cultivate în laborator care reproduc îndeaproape caracteristicile valvelor existente în organism.
Miza este uriașă: valvele inimii nu sunt simple „uși” care se deschid și se închid. Ele sunt structuri complexe, formate din mai multe tipuri de celule și țesuturi, care trebuie să reziste permanent presiunii sângelui și să se adapteze la solicitările inimii.
Noua platformă le oferă cercetătorilor posibilitatea de a observa în laborator cum se formează, se maturizează și se deteriorează țesutul valvular uman.
Dr. Holly Voges, de la MCRI și cercetătoare asociată la Centrul Fundației Novo Nordisk pentru Medicina Celulelor Stem (reNEW), spune că rezultatul ar putea accelera dezvoltarea unor abordări regenerative pentru repararea valvelor afectate, atât la copii, cât și la adulți.
Inima are patru valve, iar rolul lor este să mențină sângele în direcția corectă prin camerele inimii și către vasele mari.
Atunci când o valvă nu se deschide sau nu se închide corespunzător, circulația sângelui este perturbată. Inima poate fi obligată să depună un efort suplimentar pentru a pompa sângele, iar în timp problema poate deveni gravă și chiar amenințătoare de viață.
Boala valvelor cardiace afectează aproximativ 28 de milioane de persoane la nivel mondial.
Cauzele sunt diverse. Valvele se pot dezvolta anormal încă din perioada fetală, pot fi afectate de infecții sau se pot deteriora odată cu înaintarea în vârstă.
Problema este că, în prezent, opțiunile pentru valvele grav deteriorate sunt limitate.
Pentru numeroși pacienți, soluția este înlocuirea valvei afectate. Intervenția poate fi esențială pentru supraviețuire, însă nu este lipsită de dezavantaje.
Unele valve de înlocuire pot fi asociate cu un risc crescut de formare a cheagurilor de sânge și pot necesita tratamente și monitorizare pe termen lung.
Pentru copii, provocarea este și mai mare. Un copil crește, însă o valvă artificială nu crește odată cu el.
Asta înseamnă că un copil care primește o valvă de înlocuire poate ajunge să aibă nevoie de alte intervenții pe măsură ce inima și organismul său se dezvoltă.
Tocmai aici intervine una dintre cele mai interesante promisiuni ale cercetării cu celule stem: posibilitatea de a crea, într-o zi, țesuturi biologice care să se comporte mai natural și să se adapteze organismului.
Totuși, cercetătorii subliniază că acest obiectiv este unul pentru viitor. Țesuturile create acum sunt, în primul rând, modele de laborator pentru cercetare, nu valve disponibile pentru implantarea la pacienți.
Una dintre cele mai importante demonstrații ale studiului a fost capacitatea noului model de a reproduce modificări asociate bolii valvulare inflamatorii.
Acest aspect este deosebit de relevant pentru cercetarea bolii cardiace reumatice (RHD).
Australia se numără printre țările cu unele dintre cele mai ridicate rate de boală cardiacă reumatică. Afecțiunea este în mare parte prevenibilă și afectează în mod disproporționat populațiile indigene.
Cercetătorii au expus țesuturile create din celule stem la proteine inflamatorii asociate cu boala cardiacă reumatică, identificate în cercetări anterioare.
Rezultatul a fost spectaculos din punct de vedere experimental: țesuturile au devenit mai rigide și au prezentat biomarkeri compatibili cu cei identificați în valvele cardiace umane afectate de boală.
Cu alte cuvinte, cercetătorii au putut recrea în laborator unele dintre modificările care apar în timpul bolii.
Până acum, cercetarea bolilor valvulare s-a lovit de o problemă fundamentală: este dificil să reproduci fidel în laborator complexitatea unei valve cardiace umane.
Un model construit din celule stem umane ar putea oferi o alternativă mult mai apropiată de realitatea biologică.
În loc să studieze doar celule izolate, cercetătorii pot analiza un țesut care reproduce mai bine structura și caracteristicile moleculare ale valvei.
Asta ar putea permite testarea unor medicamente și a unor strategii terapeutice înainte ca acestea să ajungă la studiile clinice.
Mai mult, cercetătorii pot folosi aceste modele pentru a afla de ce anumite valve se îmbolnăvesc, cum evoluează deteriorarea și ce mecanisme ar putea fi blocate înainte ca leziunile să devină ireversibile.
Profesorul Enzo Porrello, de la MCRI și director al filialei din Melbourne a reNEW, explică faptul că utilizarea celulelor stem modificate genetic a permis recrearea cu o precizie ridicată a structurii complexe a țesutului valvular uman.
Direcția de cercetare este și mai ambițioasă.
În viitor, această tehnologie ar putea ajuta la dezvoltarea unor valve de înlocuire derivate din celule stem, capabile să crească și să se adapteze împreună cu pacientul.
Pentru un copil născut cu o malformație cardiacă severă, o asemenea soluție ar putea schimba radical perspectiva pe termen lung.
Dar între un model de laborator și o valvă care poate fi implantată în siguranță la un copil există încă numeroși pași de cercetare, inclusiv demonstrarea rezistenței, funcționării pe termen lung, siguranței și compatibilității cu organismul uman.
Pentru a înțelege cât de importantă este această cercetare, povestea lui Emily, o fetiță de 7 ani, oferă o imagine concretă asupra problemelor cu care se pot confrunta copiii cu malformații cardiace.
Emily s-a născut cu tetralogia lui Fallot cu absența valvei pulmonare, o combinație rară de malformații care afectează circulația sângelui dintre inimă și plămâni.
Anomalia fusese observată încă din timpul ecografiilor prenatale, iar familia fusese pregătită pentru posibilitatea unei afecțiuni cardiace severe.
Totuși, amploarea reală a problemelor a devenit clară abia după naștere, la aproape 42 de săptămâni de gestație.
Mama ei, Jessica, își amintește că medicii se așteptau ca Emily să se nască prematur și să aibă numeroase complicații.
Realitatea a fost însă diferită.
Emily s-a născut după termen și avea o culoare roz, deși unii bebeluși cu afecțiuni cardiace severe pot avea o tentă albăstruie din cauza oxigenării insuficiente.
În ciuda aspectului aparent sănătos, situația inimii sale era gravă.
Emily a avut nevoie de o operație pe cord deschis în primele cinci ore de viață.
Medicii au folosit un șunt temporar pentru a asigura alimentarea cu sânge a plămânilor.
La vârsta de cinci luni, Emily a trecut printr-o nouă intervenție, în cadrul căreia șuntul a fost înlocuit cu o nouă valvă.
Problema este că soluția actuală nu reprezintă neapărat finalul poveștii.
Pe măsură ce inima și organismul ei cresc, este probabil să fie necesară o nouă valvă în adolescență, pentru ca aceasta să fie potrivită dimensiunilor inimii adulte.
Este exact genul de situație pentru care cercetătorii speră ca medicina regenerativă să ofere, în viitor, alternative mai bune.
În timpul îngrijirii medicale, medicii au descoperit și că inima lui Emily era poziționată într-un mod neobișnuit.
Cu toate acestea, fetița s-a dezvoltat bine.
Jessica povestește că Emily a atins etapele timpurii de dezvoltare și a început grădinița anul trecut. Îi place să petreacă timp în aer liber, să se joace cu prietenii și să picteze și să deseneze.
Familia este optimistă în privința viitorului, cu ajutorul echipei sale de cardiologie.
Povestea ei arată însă și cât de multă nevoie există de soluții care să nu presupună intervenții repetate pe măsură ce un copil crește.
Recent, familia lui Emily a vizitat MCRI pentru a vedea laboratoarele dedicate cercetării celulelor stem și Banca de țesut cardiac pentru copii din Melbourne.
Țesutul cardiac donat de Emily este păstrat congelat și poate fi folosit în proiecte viitoare de cercetare.
Biobanca, înființată cu sprijinul Fundației Spitalului Regal pentru Copii, reprezintă o resursă importantă pentru oamenii de știință care încearcă să descopere cauzele bolilor cardiace la copii.
Pentru familia lui Emily, participarea la această inițiativă are o semnificație aparte.
Jessica spune că familia este mândră că poate contribui la cercetare și la dezvoltarea unor soluții pentru copii născuți cu valve cardiace deteriorate sau absente.
„Această cercetare de pionierat ne umple de atâta alinare”, a transmis ea, conform Medical Xpress.
Noua descoperire nu înseamnă că medicii pot implanta mâine unui copil o valvă „crescută” în laborator.
Este, însă, o etapă importantă către acest obiectiv.
Cercetătorii au reușit să creeze un model uman suficient de fidel pentru a reproduce caracteristici ale țesutului valvular și chiar modificări asociate unei boli.
Următorii pași vor trebui să demonstreze dacă aceste țesuturi pot fi transformate în structuri funcționale, rezistente și sigure pentru utilizarea terapeutică.
Dacă această direcție se confirmă, medicina ar putea trece treptat de la simpla înlocuire mecanică a unei valve deteriorate la ideea de a construi țesut biologic capabil să se integreze, să se adapteze și, în cazul copiilor, să crească împreună cu organismul.
Cercetarea de la Melbourne este importantă nu doar pentru perspectiva unei noi generații de valve.
Modelul creat din celule stem poate deveni un instrument pentru studierea mecanismelor bolii, identificarea unor ținte terapeutice și testarea unor potențiale tratamente.
La proiect au contribuit cercetători de la Universitatea din Melbourne, Institutul Baker pentru Inimă și Diabet, Centrul de Oncologie Peter MacCallum, Universitatea Monash, QIMR Berghofer, Centrul de Cercetare Oncologică Olivia Newton-John și Spitalul Regal de Copii.
Astfel, o inimă minusculă afectată înainte chiar de naștere, țesutul donat de un copil și o tehnologie bazată pe celule stem se întâlnesc într-o direcție de cercetare care ar putea avea implicații mult mai largi.
Deocamdată, valva crescută în laborator este un model de cercetare. Dar tocmai astfel de modele pot reprezenta primul pas către o medicină în care, în loc să înlocuiască pur și simplu o valvă care nu mai funcționează, medicii ar putea într-o zi să îi ofere inimii posibilitatea de a o repara cu propriul țesut.
