Enkelt gen konverterer hjerteceller til biologisk pacemaker


Enkelt gen konverterer hjerteceller til biologisk pacemaker

Med et årtusinde forsøg på at finde en biologisk måde at rette op på uregelmæssige og svigtende hjerteslag, har et hold i USA lykkedes at omdanne almindelige hjerteceller til pacemakerceller ved at indsætte et enkelt gen.

I et papir udgivet online før udskrivning i Naturbioteknologi Den 16. december beskriver forskerne fra Cedars-Sinai Heart Institute i Los Angeles, Californien, hvordan de brugte en virus til at injicere et enkelt gen (Tbx18) i hjertemuskelceller for at omprogramme dem til at blive præcise replikaer af højt specialiserede pacemakerceller.

Seniorforfatter Hee Cheol Cho, en forsker ved Heart Institute, siger i en erklæring:

"Selvom vi og andre har skabt primitive biologiske pacemakere før, er denne undersøgelse den første til at vise, at et enkelt gen kan lede omdannelsen af ​​hjertemuskelceller til ægte pacemakerceller."

"De nye celler genererede elektriske impulser spontant og var uadskillelige fra native pacemakerceller," tilføjer han.

Pacemakerceller

Hjertet er et finjusteret instrument, der pumper blod rundt om i kroppen i en reguleret takt eller rytme. Pacemaker- eller sinoatriale knudepunkter (SAN) -celler er specialiserede celler, der genererer og sender højtordnede elektriske impulser til hjertemuskelceller for at få dem til at indgå kontrakter rytmisk.

Det elektriske signal, de producerer, er kendt som en sinusrytme og kan optages med et elektrokardiogram (EKG).

Hjertet indeholder 10 milliarder celler, men færre end 10.000 af disse er pacemakerceller.

En korrekt og sund sinusrytme sikrer, at de to øvre og to nedre kamre i hjertet kontraherer præcist til det rigtige tidspunkt for at sikre, at blodet pumpes glat og sender iltrykt blod til kroppen og bringer iltstøvet blod tilbage igen for at blive genopfyldt I lungerne.

Sinusrytmen starter i den syndoatriale knudepunkt (SAN) i hjertets højre øverste kammer, hvor pacemakerceller er grupperet.

Når pacemakercellerne virker, er hjertepumperne utroligt og ofte den eneste mulighed for overlevelse at have en elektronisk pacemaker monteret, men det kan kun realistisk kun ske for patienter, der er sunde nok til at blive underkastet operation.

Fra hjertecelle til pacemakercelle ved brug af enkeltgener

Cedars-Sinai-forskerne brugte en virus konstrueret til at indsætte et enkelt gen, Tbx18-genet, i cardiomyocytter (hjerte muskelceller) for at omdanne dem til pacemakerceller.

Tbx18 spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​pacemakerceller i embryoet.

En omprogrammeret, de nyoprettede pacemakerceller, der hedder "inducerede SAN-celler" eller iSAN-celler, havde alle kendetegnene ved indfødte pacemakere og opretholdt deres SAN-lignende egenskaber, selvom virkningerne af Tbx18-genet var slået fra.

Holdet testede funktionerne både i cellekulturer ( In vitro ), Og hos levende marsvin ( In vivo ).

Hvorfor denne undersøgelse er anderledes

Tidligere undersøgelser har lykkedes at lave pacemakerceller fra hjertemuskelceller og har produceret pacemakerceller, der kan slå på egen hånd. Men de modificerede celler var tættere på hjertemuskelceller end native pacemakerceller.

Andre har forsøgt at bruge embryonale stamceller til at lave pacemakerceller. Men denne fremgangsmåde medfører risiko for at generere kræftceller: en vedvarende fare for at anvende embryonale stamceller.

Cho og kolleger synes at have undgået disse forhindringer med forbløffende enkelhed: Ved at indsætte et enkelt gen direkte i hjertemuskelceller har de produceret pacemakerceller, der ligner nære og er fri for risikoen for kræft .

10 års arbejde - ikke færdig endnu

Undersøgelsen er "kulminationen på 10 års arbejde i vores laboratorium for at opbygge en biologisk pacemaker som et alternativ til elektroniske pacing-enheder", siger medforfatter Eduardo Marbán, direktør for Cedars-Sinai Heart Institute og Mark S. Siegel Family Professor.

Marbán er også pioner inden for stamcelleforskning og tidligere i 2012 gav han og hans team resultater fra et klinisk forsøg, hvor de reparerede hjerteanfaldskader ved hjælp af patientens egne stamceller for at genvinde en sund hjerte muskel.

Forskerne foreslår, hvis yderligere studier bekræfter deres tilgang, så En terapi kunne udvikles, hvorved Tbx18 injiceres dirently i patientens hjerte eller ved at lave pacemakerceller i laboratoriet og derefter transplantere dem ind i patientens hjerte .

Men terapi baseret på denne metode er stadig langt væk, da yderligere undersøgelser for at bevise, at sikkerhed og effekt også ville være påkrævet, før man kan overveje menneskelige kliniske forsøg.

For nylig tildelte American Heart Association sin prestigefyldte unge efterforskerpris, Louis N. og Arnold M. Katz Basic Research Prize til Cho for sit arbejde med biologisk pacemaker teknologi.

Midler fra Cedars-Sinai Governor's Heart Stem Cell Center, Heart Rhythm Society, Heart and Stroke Foundation i Canada, American Heart Association, National Heart, Lung og Blood Institute og Mark S. Siegel Family Professorship, Hjalp med at finansiere undersøgelsen.

The Nervous System, Part 2 - Action! Potential!: Crash Course A&P #9 (Video Medicinsk Og Professionel 2021).

Afsnit Spørgsmål På Medicin: Kardiologi