„Geisterherz“: Dieser aus Schweinegerüsten und Patientenzellen aufgebaute Herz-Hack könnte bald für die Transplantation in Menschen bereit sein



CNN

Als die Molekularbiologin Doris Taylor zum ersten Mal Herzstammzellen in einer Petrischale gemeinsam schlagen sah, war sie erstaunt.

„Es hat mein Leben wirklich verändert“, sagte Taylor, die bis 2020 die Forschung zur regenerativen Medizin am Texas Heart Institute in Houston leitete. „Ich sagte mir: ‚Oh mein Gott, das ist Leben.‘ Ich wollte herausfinden, wie und warum, und das nachstellen, um Leben zu retten.“

Dieses Ziel ist Wirklichkeit geworden. Am Mittwoch zeigte Taylor auf der Life Itself-Konferenz, einer Gesundheits- und Wellnessveranstaltung, die in Partnerschaft mit CNN präsentiert wird, dem Publikum ein Gerüst eines Schweineherzens, das mit menschlichen Stammzellen gefüllt ist – wodurch ein vibrierendes, schlagendes menschliches Herz entsteht, das der Körper nicht abstößt. warum? Weil es aus dem Gewebe dieser Person besteht.

„Jetzt können wir uns wirklich vorstellen, ein personalisiertes menschliches Herz zu bauen und Herztransplantationen von einem Notfallverfahren, bei dem Sie sehr krank sind, zu einem geplanten Verfahren zu verlagern“, sagte Taylor dem Publikum.

„Dies senkt das Risiko, indem es die Notwendigkeit von (Anti-Injektions-)Medikamenten eliminiert, indem es Ihre eigenen Zellen verwendet, um dieses Herz zu bauen, es senkt die Kosten … und Sie sind nicht so oft im Krankenhaus, also verbessert es Ihre Qualität von Leben“, sagte sie.

Debüt Mit ihr auf der Bühne stand BAB, ein Taylor-Roboter, dem mühsam beigebracht wurde, Stammzellen in Kammern von Geisterherzen in einer sterilen Umgebung zu injizieren. Wie vom Publikum auf Life It selbst gesehen Taylor arbeitete in einer sterilen Umgebung und zeigte Videos einer perlweißen Masse namens „Geisterherz“, die anfing, sich rosa zu färben.

Können wir persönlich ein menschliches Herz wachsen lassen?

“Es ist wirklich ein erster Versuch, die Todesursache Nummer eins für Männer, Frauen und Kinder auf der ganzen Welt zu behandeln – Herzkrankheiten. Dann möchte ich es allen zugänglich machen”, sagte Taylor unter dem Applaus des Publikums.

Sie habe nie aufgegeben, sagte Michael Galloway, Haupterfinder von BAB und Präsident und CEO von Advanced Solutions, das Plattformen für den Aufbau menschlichen Gewebes entwirft und herstellt.

Dr. Taylor hätte jederzeit leicht sagen können: „Ich bin fertig, das wird nicht funktionieren. Aber jahrelang kämpfte sie weiter gegen die Rückschläge, um die richtige Art von Zellen in der richtigen Menge und unter den richtigen Bedingungen zu finden, damit diese Zellen glücklich sind und wachsen können.“

Taylors wachsende Faszination für Herzen begann 1998, als sie Teil eines Teams an der Duke University war, das Zellen in das Herz eines versagenden Kaninchens injizierte und so einen neuen Herzmuskel erzeugte. Als Menschenversuche begannen, war der Prozess entweder ein Erfolg oder ein Fehlschlag.

„Wir haben Zellen in beschädigten oder vernarbten Bereichen des Herzens platziert, und hoffentlich wird das den bestehenden Schaden überwinden“, sagte sie gegenüber CNN. „Ich fing an zu denken: Was wäre, wenn wir diese schlechte Umgebung loswerden und das Haus wieder aufbauen könnten?“

Taylors erster Erfolg kam 2008, als sie und ein Team an der Universität von Minnesota Zellen aus dem Herzen einer Maus wuschen und begannen, mit dem durchscheinenden Skelett zu arbeiten, das sie zurückgelassen hatte.

Sie absolvierte bald die Verwendung von Schweineherzen aufgrund ihrer anatomischen Ähnlichkeit mit menschlichen Herzen.

„Wir haben ein Schweineherz genommen und alle Zellen mit einem sanften Babyshampoo gewaschen“, sagte sie. Was übrig blieb, war eine extrazelluläre Matrix, ein transparenter Rahmen, den wir das „Geisterherz“ nannten.

“Dann haben wir die Blutgefäßzellen injiziert und sie zwei Wochen lang auf der Matrix wachsen lassen”, sagte Taylor. “Das hat eine Möglichkeit geschaffen, die Zellen zu ernähren, die wir hinzufügen wollten, weil wir die Blutgefäße zurück ins Herz gebracht haben.”

Der nächste Schritt bestand darin, unreife Stammzellen in verschiedene Bereiche des Gerüsts zu injizieren, „und dann mussten wir den Zellen beibringen, wie sie wachsen sollen.“

“Wir müssen sie wie einen Herzschrittmacher elektrisch stimulieren, aber zunächst sehr sanft, bis sie immer stärker werden. Zuerst werden Zellen an einer Stelle zucken, dann Zellen an einer anderen Stelle, aber nicht zusammen”, sagte Taylor rufen sich in der Matrix gegenseitig an und nach etwa einem Monat fangen sie an, gemeinsam wie ein Herz zu schlagen. Und lassen Sie mich Ihnen sagen, es ist ein „Wow“-Moment! ”

Aber das ist nicht das Ende der „Mutterschaft“, die Taylor und ihr Team machen mussten. Jetzt muss sie sich um das entstehende Herz kümmern, indem sie es drückt und ihm das Pumpen beibringt.

Wir füllen die Kammern des Herzens mit künstlichem Blut und lassen es von den Herzzellen auspressen. Aber wir müssen ihnen mit Elektropumpen helfen, sonst sterben sie.“

Die Zellen werden auch von der künstlichen Lunge mit Sauerstoff versorgt. In der Anfangszeit, so Taylor, mussten all diese Schritte 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche manuell überwacht und koordiniert werden.

„Das Herz muss jeden Tag essen, und bis wir die Teile gebaut haben, die es ermöglichten, Herzen elektronisch zu überwachen, musste das jemand tun – und es spielte keine Rolle, ob es Weihnachten, Neujahr oder Ihr Geburtstag war“, sagte sie . „Es hat außergewöhnliche Gruppen von Menschen gebraucht, die im Laufe der Jahre mit mir zusammengearbeitet haben, um dies zu verwirklichen.“

Aber als Taylor und ihr Team die Ergebnisse der Elternschaft sahen, wurden alle Opfer, die sie brachten, unbedeutend, „weil Schönheit als nächstes kommt und Magie“, sagte sie.

“Wir injizierten überall im Herzen denselben Zelltyp, also fingen alle gleich an”, sagte Taylor. Aber wenn wir jetzt auf die linke Herzkammer schauen, finden wir die Herzzellen der linken Herzkammer. Wenn wir uns die Vorhöfe ansehen, sehen sie aus wie atriale Herzzellen, und wenn wir uns die rechte Herzkammer ansehen, sind sie rechtsventrikuläre Herzzellen“, sagte sie.

“Im Laufe der Zeit haben sie sich basierend darauf, wo sie sich befanden, weiterentwickelt und sind gewachsen, um zusammenzuarbeiten und ein Herzensbrecher zu werden. Die Natur ist erstaunlich, nicht wahr?”

Mit dem Aufkommen ihrer Innovationen begann Taylor von einem Tag zu träumen, an dem Herzprototypen für Tausende von Menschen auf Transplantationslisten in Massenproduktion hergestellt werden könnten, von denen viele während des Wartens sterben würden. Aber wie misst man das Herz?

„Mir wurde klar, dass wir für jedes Gramm Herzgewebe, das wir bauen, eine Milliarde Herzzellen brauchen“, sagte Taylor. Das bedeutet, dass wir für ein erwachsenes menschliches Herz bis zu 400 Milliarden einzelne Zellen benötigen. Heute arbeiten die meisten Labore mit etwa einer Million Zellen, und Herzzellen teilen sich nicht, was uns vor ein Dilemma stellt: Woher werden diese Zellen kommen? ”

Die Antwort kam, als der japanische biomedizinische Forscher Dr. Shinya Yamanaka entdeckte, dass erwachsene menschliche Hautzellen so umprogrammiert werden können, dass sie sich wie embryonale Stammzellen oder „pluripotent“ verhalten und sich zu jeder Zelle im Körper entwickeln können. Die Entdeckung von 2007 gewann den Nobelpreis eines Wissenschaftlers, und „pluripotente Stammzellen (iPS)“ wurden bald als „Yamanaka-Faktoren“ bekannt.

„Jetzt können wir zum ersten Mal einer Person Blut, Knochenmark oder Haut entnehmen und Zellen von dieser Person transplantieren, die sich in Herzzellen verwandeln können“, sagte Taylor. Aber der Umfang war immer noch enorm: Wir brauchten zig Milliarden Zellen. Wir haben weitere 10 Jahre gebraucht, um die Technologien dafür zu entwickeln.”

Die Lösung? Eine faserige Scheibe, die wie eine Biene aussieht, mit Tausenden von mikroskopisch kleinen Löchern, in denen Bienenstöcke stecken und fressen können.

Ballaststoffe absorbieren Nährstoffe wie ein Kaffeefilter, und die Zellen können auf die Nahrung um sie herum zugreifen, sodass sie in viel größerer Zahl wachsen können. „Wir können in einer Woche von etwa 50 Millionen Zellen auf eine Milliarde Zellen ansteigen“, sagte Taylor. „Aber wir brauchen 40 Milliarden oder 50 Milliarden oder 100 Milliarden, also hat ein Teil unserer Wissenschaft in den letzten Jahren daran gearbeitet, die Anzahl der Zellen zu erhöhen, die wir züchten können.“

Ein weiteres Problem: Jedes Herz braucht für jeden Prozessschritt eine reine, schadstofffreie Umgebung. Jedes Mal, wenn ein Eingriff durchgeführt werden musste, liefen sie und ihr Team Gefahr, das Herz für Infektionen zu öffnen – und für den Tod.

„Wissen Sie, wie lange es dauert, 350 Milliarden Zellen von Hand zu injizieren?“ fragte Taylor das Life-Itself-Publikum. “Was ist, wenn ich etwas berühre? Du hast das ganze Herz verschmutzt.”

Einmal hatte ihr Labor einen elektrischen Fehler und alle Herzen starben. Taylor und ihr Team waren fast unentschlossen.

„Wenn einem dieser Herzen etwas passiert, ist das für uns alle niederschmetternd“, sagte Taylor. „Und das würde sich unglaublich anhören, aber ich musste lernen, mein Herz emotional, mental, spirituell und körperlich zu stärken, um diesen Prozess zu überstehen.“

Dr. Doris Taylor (links) bringt dem Roboter-BAB bei, wie man Stammzellen richtig in das Herz eines Geistes injiziert.

Geben Sie BAB ein, kurz für BioAssemblyBot, die von Advance Solutions entwickelte „übersterile“ Halterung, die den Kern zwischen jedem Schritt des Prozesses tragen und bewegen kann, während eine keimfreie Umgebung aufrechterhalten wird. Taylor hat BAB nun den spezifischen Prozess der Injektion von Zellen beigebracht, den sie in den letzten zehn Jahren sorgfältig entwickelt hat.

„Als Dr. Taylor die Zellen injizierte, brauchte sie Jahre, um herauszufinden, wo sie injizieren sollte, wie viel Druck auf die Spritze ausgeübt werden sollte und wie schnell und schnell Zellen hinzugefügt werden sollten“, sagte BAB-Schöpfer Galloway.

Der Roboter kann dies schnell und genau tun. Und wie wir wissen, sind keine zwei Herzen gleich, also kann ein BAB Ultraschall verwenden, um in den Gefäßweg dieses bestimmten Herzens zu sehen, Dr. Taylor arbeitet sozusagen blind.“ „Es macht Spaß, zuzusehen – manchmal wenn mir die Nackenhaare buchstäblich zu Berge stehen.

Taylor verließ die Wissenschaft im Jahr 2020 und arbeitet derzeit mit privaten Investoren zusammen, um ihre Kreationen der breiten Masse zugänglich zu machen. Wenn menschliche Transplantationen in bevorstehenden klinischen Studien erfolgreich sind, könnten persönliche Taylor-Hybridherzen verwendet werden, um Tausende von Leben auf der ganzen Welt zu retten.

Allein in den Vereinigten Staaten standen im Jahr 2021 etwa 3.500 Menschen auf der Warteliste für Herztransplantationen.

„Dies schließt keine Personen ein, die aufgrund ihres Alters oder ihrer Gesundheit nie in die Liste aufgenommen wurden“, sagte Taylor. „Wenn Sie eine zierliche Frau sind, wenn Sie eine unterrepräsentierte Minderheit sind, wenn Sie ein Kind sind, sind die Chancen, ein Organ zu bekommen, das zu Ihrem Körper passt, gering.

Wenn Sie ein Herz bekommen, werden viele Menschen innerhalb eines Jahrzehnts krank oder verlieren ihr neues Herz. Wir können Kosten senken, den Zugang verbessern und Nebenwirkungen reduzieren. Es ist eine Win-Win-Situation für beide Seiten.”

Taylor könnte sich einen Tag vorstellen, an dem Menschen ihre Stammzellen in jungen Jahren einlagern und sie aus dem Speicher nehmen, wenn sie für das Herzwachstum benötigt werden – und eines Tages sogar Lunge, Leber oder Nieren.

„Sagen wir, sie haben eine Herzkrankheit in ihrer Familie“, sagte sie. „Wir können vorausplanen: ihre Zellen auf die benötigte Anzahl züchten und sie einfrieren, dann, wenn bei ihnen Herzinsuffizienz diagnostiziert wird, das Gerüst aus dem Regal holen und das Herz in ein paar Monaten bauen.

„Ich fühle mich geehrt und privilegiert, diese Arbeit zu machen, und stolz darauf, wer wir sind“, fügte sie hinzu. “Die Technologie ist bereit. Ich hoffe, dass alle auf dieser Reise mit uns sind, denn dies ist ein Game Changer.”

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