Met behulp van een gekweekt 3D-minihart is een genetische fout in bindweefselcellen aangetoond die deels verantwoordelijk is voor de hartspierziekte aritmogene cardiomyopathie (ACM). Het minihartje werd door onderzoekers van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) gekweekt met volwassen kloppende hartcellen. Een eerste stap op weg naar regeneratieve geneeskunde.
Het onderzoek had tot doel om uit menselijke stamcellen gekweekte hartcellen meer op de cellen van een volwassen hart te laten lijken. Het verkrijgen van volgroeide en volwassen kloppende hartcellen is bijzonder moeilijk. “Het is namelijk vaak te ingrijpend om hiervoor een hartbiopt van een patiënt te gebruiken", zegt prof. dr. Mummery. Een gekweekt 3D-minihart kan die ingrijpende behandelingen overbodig maken.
Het onderzoek werd uitgevoerd door prof. dr. Christine Mummery, dr. Valeria Orlova, dr. Milena Bellin en PhD-student Elisa Giacomelli. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Cell Stem Cell.
3D-minihart uit stamcellen
“Onze hypothese was dat de hartcellen, om volwassen te worden, in een 3D-structuur moesten groeien en in het bijzijn van andere celtypen, namelijk bindweefselcellen (fibroblasten) en bloedvatcellen (endotheelcellen).” Die hypothese bleek beter dan verwacht te werken.
De minihartjes bestaan uit cardiomyocyten, fibroblasten en endotheelcellen. Deze cellen zijn allemaal gemaakt van stamcellen van dezelfde persoon. Daardoor hebben ze dezelfde genetische achtergrond. “Hierdoor is het veel makkelijker om te zien wat de consequenties zijn van een genetische fout in een van de celtypen van het hart", aldus Mummery.
Oorzaak ACM aangetoond
Het gekweekte 3D-minihart is vervolgens gebruikt om de oorzaak van de hartspierziekte ACM aan te tonen. Bij patiënten die hieraan lijden wordt een deel van het hart op den duur vervangen door vet- of bindweefsel. “We wisten niet welke cellen hiervoor verantwoordelijk waren. Nadat we hartfibroblasten, afkomstig uit stamcellen, in de minihartjes hadden vervangen door fibroblasten van een ACM-patiënt, gingen de minihartjes hetzelfde gedrag vertonen als een ACM-hart.”
Dit resultaat werd door de onderzoekers gezien als het bewijs dat het de bindweefselcellen zijn die kunnen bijdragen aan deze ziekte, en niet de kloppende hartcellen zelf. De onderzoekers verwachten dat deze methode in de toekomst mogelijk ook gebruikt kan worden om aan te tonen welke celtypen de oorzaak zijn bij andere aandoeningen. Zo kunnen dan zogenoemde ‘dader-’ en de ‘slachtoffercellen’ in het hart geïdentificeerd worden. In dit onderzoek, voor de ziekte ACM, zijn volgens die methodiek de fibroblast de dader en de kloppende hartcel het slachtoffer.
Toekomst 3D-minihart
De onderzoekers zijn ook van plan om cellen te gaan identificeren die verantwoordelijk zijn voor hartfalen bij metabole ziektes. Als bekend is welke cellen de fout bevatten die deze ziektes veroorzaken, dan is het wellicht mogelijk om gentherapie in te zetten om de fout in de cel te herstellen en zo de aandoening te verhelpen.
Deze vorm van regeneratieve geneeskunde is wel nog toekomstmuziek volgens Mummery. De focus ligt nu nog volledig op het onderzoek naar minihartjes. Daarvoor wordt een samenwerking opgezet met de afdeling Cardiologie om van de bindweefselcellen uit hartbiopten van patiënten minihartjes te kweken. Die worden dan ingezet om de oorzaak van verschillende ziektes te kunnen vaststellen.
De ontwikkeling van een 3D-minihart uit kloppende hartcellen is binnen Nederland niet uniek. In februari ontving een spin-off van de Universiteit Twente een financiering voor de ontwikkeling van een kloppend 3D-minihart dat die menselijke hartfuncties betrouwbaar kan imiteren.
