Varje år dör nästan fyra miljoner européer i hjärt- och kärlsjukdomar och forskare arbetar intensivt för att hitta nya behandlingar som kan minska antalet.
Deras arbete kan underlättas i framtiden. En grupp amerikanska forskare från Boston University har utvecklat en minimodell av en hjärtkammare som gjorts av en kombination av stamceller från ett mänskligt hjärta och 3D-printade komponenter i plast.
MiniPUMP, som uppfinningen kallas, är ungefär lika stor som ett frimärke och pumpar precis som ett riktigt hjärta av egen kraft.
Det nya minihjärtat ger forskare en detaljerad och korrekt inblick i hur det mänskliga hjärtat fungerar, vilket innebär att de kan studera hur sjukdomar påverkar organet och testa effekten av nya behandlingar – utan att behöva utföra experiment på levande människor.
Hjärtvävnaden får det artificiella hjärtat att dra ihop sig i pulserande rörelser. Forskare kan använda uppfinningen för att testa effekter av medicin och eventuella biverkningar.
Minihjärta är ständigt nedsänkt i vätska
Den bärande strukturen i MiniPUMP påminner till stor del om en cirkulär ställning eller ett gallerverk byggt av små, 3D-printade plaststavar som kan fjädra.
På så sätt kan hjärtkammaren dra ihop sig och expandera precis som i verkligheten. Den elastiska plaststrukturen är klädd med hjärtvävnad, framställd av mänskliga stamceller.
Minihjärtat är konstant nedsänkt i en vätska som innehåller glukos och näringsämnen. Vätskan ger näring åt stamcellerna för att generera den energi som de behöver för att dra ihop sig.
Cellernas arbete får hela hjärtkammaren att klämmas ihop, vilket leder till att den näringsrika vätskan som också fyller hjärtkammarens håligheter pressas ut genom vad som motsvarar hjärtklaffar i ett mänskligt hjärta. I samma ögonblick som cellerna slappnar av fylls hålrummet återigen med vätskan.
Plastskelettet från miniPUMP är klätt med hjärtvävnad, framtagen av mänskliga stamceller. Cellerna genererar själva energi för sina sammandragningar.
Försök avslöjar biverkningar
Så länge cellerna har tillgång till den näringsrika vätskan pumpar hjärtkammaren kontinuerligt vilket gör att vätskan rör sig in och ut ur kammaren.
"Det fungerar precis som en vanlig hjärtkammare, och det kräver ingen extern energiförsörjning. Vår miniPUMP arbetar på egen hand och låter oss undersöka hur ett mänskligt hjärta reagerar på olika input. Vi kan utföra dessa experiment utan levande människor, något som innebär stora fördelar”, säger Alice White, Ph.D., professor och ordförande vid Boston University College of Engineering samt ledare för miniPUMP-projektet.
Uppfinningen är inte mycket större än ett frimärke, men har ovärderlig betydelse då uppfinningen kan visa vägen till nya hjärtbehandlingar.
”Vi kan till exempel tillföra läkemedel i miniPUMP och observera hur det påverkar hjärtkammarens funktion. På så sätt kan vi enkelt få svar på vilka läkemedel som förbättrar eller försämrar hjärtfunktionen, och om de olika läkemedlen har biverkningar", säger hon.
Möjligheterna att prova olika behandlingar är inte begränsade till medicinering. Det är till exempel också möjligt att injicera ohälsosamma celler i den konstgjorda hjärtkammaren. Det kan röra sig om celler med genetiska mutationer som i verkligheten är kända för att öka risken för att utveckla hjärt- och kärlsjukdomar.