A világon a legtöbb ember szívvel kapcsolatos betegségek miatt hal meg, a szívgyógyászat terén tehát kulcsfontosságú minden olyan lépés, ami saját izmokból, erekből növesztett, az eredetivel azonos szerv transzplantációját segíti. A kutatóknak nincs más dolguk, mint lemásolni a szívet alkotó jellegzetes struktúrákat, hogy az alapoktól kezdve beültetésre alkalmas teljes emberi szívet hozzanak létre. A Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) biomérnökei megalkották az emberi szívkamrák első modelljét.
Szívkamraműködés a műszívben
Egyúttal bebizonyították, hogy az izmok ismert elrendeződése jelentősen megnöveli a kamra által pumpálható vér mennyiségét minden egyes összehúzódáskor.
Utóbbi történet több mint 300 évre nyúlik vissza. Richard Lower angol sebész Tractatus de Corde című könyvében – a szerző a filozófus John Locke-ot munkatársai, II. Károly királyt pedig páciensei közé sorolta – 1669-ben írta le először a szívizmok különleges elrendezését. Az ezt követő három évszázad során a kutatók alaposan feltérképezték a szív anatómiáját, de a speciális izmok működésének magyarázata továbbra is kihívást jelentett. Edward Sallin, az Alabama Egyetem Birminghami Orvostudományi Kar Biomatematikai Tanszékének korábbi elnöke 1969-ben azt állította, hogy ez a szerkezet teszi lehetővé a lehető legtöbb vér pumpálását minden egyes összehúzódáskor, de ezt a feltevést senki sem igazolta. John Zimmerman, a SEAS kutatója szerint a kutatócsoportjuk célja egy olyan modell létrehozása volt, amely lehetővé teszi Sallin elméletének tesztelését – írták az érintettek a Science-ben megjelent tanulmányukban.
Mesterséges szív vattacukorgépből?
A Focused Rotary Jet Spinning (FRJS) névre keresztelt technika több mikrométertől több száz nanométerig terjedő átmérőjű, spirálisan egymáshoz igazított szálak gyártását teszi lehetővé – olvasható a Live-science.org-on. Az amerikaiak ezzel a módszerrel ellenőrzött szerkezetű szöveti struktúrák fejlesztettek ki. Az eljárás lényege, hogy a folyékony polimeroldatot tartályba öntik, és egy kis nyíláson keresztül centrifugális erővel kinyomják –
az eszköz a vattacukor-készítő géphez hasonlóan működik.
Az oldószer elpárolog, amikor az oldat kilép a tartályból, a polimerek pedig megszilárdulnak és szálakat képeznek. A szálak elhelyezkedését légáram segítségével szabályozni tudták. A csoport szerint az eszköz megdöntésével és forgatásával a rostok a szívizmok alakját veszik fel, megfelelő beállítással a szálak szerkezete finomhangolható. Huibin Chang, a SEAS posztdoktora szerint az emberi szív számos izomrétegből áll, amelyek különböző fokú összehangoltsággal rendelkeznek.
A csapat szívkamra formájú állványzatot készített, majd patkány- és emberi szívizomsejteket terítettek rá, vékony rétegben izomszövetet növesztve. A modellkamrák ugyanazzal a csavaró mozdulattal vertek, mint egy valódi emberi szív. A csapat szerint ezzel a szerkezeti megoldással pumpálható ki a legtöbb vér a kamrából, ami alátámasztja Sallin elméletét.
Ez a munka jelentős előrelépés a szervek biogyártása terén, és közelebb visz minket végső célunkhoz, hogy mesterséges emberi szívet építsünk transzplantációhoz
– mondta Kit Parker, a tanulmány vezető szerzője, a SEAS biomérnöki és alkalmazott fizika professzora. A kutatók az eszköz segítségével nemcsak ember méretű, hanem akár bálnák szívéhez hasonló vázat is tudnak készíteni.
A szakemberek szerint munkájuk felgyorsíthatja a transzplantációs célokat szolgáló mesterséges szívek gyártását. Sőt, még az orvostudományon túl, például különleges figyelmet érdemlő élelmiszerek csomagolásánál is használható a technológia.
Borítókép: Kép a műszívmodellről (Fotó: Harvard SEAS)
