Een innovatieve ontdekking van Australische onderzoekers kan de behandeling van erfelijke hartziekten bij zowel kinderen als volwassenen verbeteren. Wetenschappers van het Cardiac Bioengineering Lab van het QIMR Berghofer Medical Research Institute hebben met behulp van stamceltechnologie zogeheten cardiale organoïden ontwikkeld. Dit zijn ‘mini hartjes’ die sterk lijken op volwassen menselijk hartspierweefsel. Deze organoïden bieden een veelbelovend platform voor gepersonaliseerde diagnostiek, medicijnontwikkeling en therapieonderzoek.
Waar menselijke pluripotente stamcellen doorgaans onrijpe hartcellen vormen, vergelijkbaar met het hartweefsel van een foetus, wisten de onderzoekers deze cellen te ‘volwassenen’ door specifieke biologische routes te activeren die het effect van lichaamsbeweging nabootsen. Hierdoor ontstaat hartweefsel dat qua structuur en functie dichter bij het volwassen hart komt.
Testen nieuwe behandelopties
De resultaten, gepubliceerd in Nature Cardiovascular Research, tonen aan dat deze mini-hartjes effectief kunnen worden ingezet om complexe genetische hartziekten te modelleren en nieuwe behandelopties te testen. Zo wist het team onder leiding van professor James Hudson onder meer modellen te creëren van ziekten die worden veroorzaakt door mutaties in genen als ryanodine, calsequestrine en desmoplakine, waarbij vooral desmoplakine-cardiomyopathie tot nu toe lastig te onderzoeken was.
“Hoewel deze mini-hartjes niet groter zijn dan een chiazaadje, geven ze ons een krachtig platform om sneller en effectiever nieuwe behandelingen te ontdekken. Dankzij deze technologie kunnen we in een vroeg stadium veelbelovende verbindingen screenen, wat de ontwikkeling van medicijnen aanzienlijk versnelt,” aldus professor Hudson van het Cardiac Bioengineering Lab. In onderstaande video vertelt de wetenschapper over zijn ontwikkeling en de doorbraak.
Realistische weergave ziekteprogressie
In de modellen zagen de onderzoekers dat de genetische afwijkingen leidden tot fibrose en een verminderde pompwerking, een realistische weergave van de ziekteprogressie bij patiënten. Vervolgens testte het team een bromodomein- en extra-terminal eiwitremmer, een nieuwe klasse medicijnen, die de hartfunctie in het organoïde-model verbeterde.
Ook het Murdoch Children’s Research Institute (MCRI) en het Royal Children’s Hospital leverden een belangrijke bijdrage, onder andere via geavanceerde genetische en eiwitprofileringstechnieken en het gebruik van hartweefselmonsters uit de Melbourne Children’s Heart Tissue Bank.
Volgens universitair hoofddocent Richard Mills (MCRI) is het onderzoek een belangrijke stap in de richting van precisiegeneeskunde voor jonge hartpatiënten: “Deze methode stelt ons in staat om erfelijke hartziekten bij kinderen nauwkeuriger te modelleren en gericht te zoeken naar werkzame therapieën. De samenwerking met QIMR en het Royal Children’s Hospital versnelt deze ontwikkeling en opent de deur naar bredere toepassingen bij verschillende kinderhartziekten.”
Vergelijkbare innovaties
Onderzoekers van het LUMC slaagden er in 2020 al in een 3D‑minihart te ontwikkelen met volwassen kloppende hartcellen, gemaakt van stamcellen in combinatie met fibroblasten en endotheelcellen van dezelfde persoon. Door fibroblasten van patiënten met aritmogene cardiomyopathie (ACM) in te brengen, vertoonde het minihart dezelfde disease-fenotypes, wat aantoont dat deze bindweefselcellen de ziekte veroorzaken. Dit innovatieve model maakt het mogelijk om ‘dader-’ en ‘slachtoffercellen’ te identificeren, met de fibroblast als schuldige en de cardiomyocyt als slachtoffer. Dit model opende deuren naar regeneratieve geneeskunde en gerichte gentherapie voor hartspierziekten.
In 2022 ontwikkelde een onderzoeker een zogenoemd fluidic circuit board, een vloeibaar circuit met standaard microfluïdische aansluiting, dat het gebruik van flexibele buisjes overbodig maakt bij heart‑on‑a‑chip systemen. Deze innovatie vereenvoudigde de microfluïdische interfacing tussen componenten en maakt het kweken van hartcellen en endotheelcellen op chip-platforms betrouwbaarder en vergrootte de validiteit en reproduceerbaarheid van preklinische farmaceutische testen met organ-on-a-chip modellen.
