Een mini-hart in een petrischaaltje

Een team van de Technische Universiteit van München (TUM) heeft stamcellen geïnduceerd om de ontwikkeling van het menselijk hart na te bootsen. Het resultaat is een soort “mini-hart”, ook wel organoïde genoemd. Hiermee kan de vroegste ontwikkelingsfase van het hart worden bestudeerd, aldus de universiteit in een persbericht.

Het menselijk hart begint zich ongeveer drie weken na de bevruchting te vormen. Dit plaatst de vroege fase van de hartontwikkeling in een periode waarin vrouwen zich vaak nog niet bewust zijn van hun zwangerschap. Dat is een van de redenen waarom we nog weinig weten over de vorming van het hart. Bevindingen uit dierstudies zijn niet volledig overdraagbaar op mensen. Een aan de TUM ontwikkelde organoïde zou daarom van pas kunnen komen.

Een bal bestaande uit 35.000 cellen

Het team dat samenwerkt met Alessandra Moretti, hoogleraar regeneratieve geneeskunde in hart- en vaatziekten, heeft een methode ontwikkeld om een soort “mini-hart” te maken met behulp van zogenaamde pluripotente stamcellen. Ongeveer 35.000 cellen worden in een centrifuge tot een bol gedraaid. Over een periode van enkele weken worden volgens een vast protocol verschillende signaalmoleculen aan de celkweek toegevoegd. “Op deze manier bootsen we de signaalwegen in het lichaam na die het ontwikkelingsprogramma voor het hart controleren,” legt Alessandra Moretti uit. De groep heeft de resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Nature Biotechnology.

Elektrisch stimuleren

De resulterende organoïden zijn ongeveer een halve millimeter in diameter. Hoewel zij geen bloed pompen, kunnen zij elektrisch worden gestimuleerd en samentrekken zoals menselijke hartkamers. Prof. Moretti en haar team zijn de eerste onderzoekers ter wereld die met succes een organoïde hebben gemaakt die zowel hartspiercellen (cardiomyocyten) als cellen van de buitenste laag van de hartwand (epicardium) bevat. In de jonge geschiedenis van hartorganoïden – de eerste werden beschreven in 2021 – hadden onderzoekers eerder alleen organoïden gemaakt met cardiomyocyten en cellen van de binnenste laag van de hartwand (endocardium).

“Om te begrijpen hoe het hart wordt gevormd, zijn epicardiumcellen doorslaggevend”, zegt Dr. Anna Meier, eerste auteur van de studie. “Andere celtypes in het hart, bijvoorbeeld in de verbindingsweefsels en de bloedvaten, worden uit deze cellen gevormd. Het epicard speelt ook een zeer belangrijke rol bij de vorming van de hartkamers.” Het team heeft de nieuwe organoïden toepasselijk “epicardioïden” genoemd.

Kunstmatige intelligentie verbetert behandeling van een hartinfarct bij vrouwen

Hartaanvallen zijn wereldwijd een van de meest voorkomende doodsoorzaken.

Nieuw type cel ontdekt

Het team heeft de eerste nieuwe ontdekkingen gerapporteerd. Door analyse van afzonderlijke cellen hebben zij vastgesteld dat voorlopercellen van een type dat pas onlangs bij muizen is ontdekt, worden gevormd rond de zevende dag van de ontwikkeling van de organoïde. Uit deze cellen wordt het epicard gevormd. “Wij nemen aan dat deze cellen ook in het menselijk lichaam bestaan – al is het maar voor een paar dagen,” zegt Prof. Moretti.

Deze inzichten kunnen ook aanwijzingen geven over waarom het foetale hart zichzelf kan herstellen, een vermogen dat bijna geheel ontbreekt in het hart van een volwassen mens. Deze kennis zou kunnen helpen bij het vinden van nieuwe behandelingsmethoden voor hartaanvallen en andere aandoeningen.

Gepersonaliseerde organoïden

Het team toonde ook aan dat de organoïden kunnen worden gebruikt om de ziekten van individuele patiënten te onderzoeken. Met pluripotente stamcellen van een patiënt met het Noonan-syndroom produceerden de onderzoekers organoïden die kenmerken van de aandoening nabootsten in een petrischaaltje. De komende maanden wil het team vergelijkbare gepersonaliseerde organoïden gebruiken om andere aangeboren hartafwijkingen te onderzoeken.

Met de mogelijkheid om hartaandoeningen in organoïden na te bootsen, zouden geneesmiddelen in de toekomst rechtstreeks op hen kunnen worden getest. “Het is denkbaar dat dergelijke tests de noodzaak van dierproeven bij de ontwikkeling van geneesmiddelen verminderen,” zegt Alessandra Moretti.