Serce człowieka nieprzerwanie pompuje krew do naczyń krwionośnych, kurcząc się ok. 80 razy na minutę. Każdego dnia przepompowuje 9 ton krwi przez naczynia krwionośne do tkanek i organów ciała 1. Mięsień sercowy, w przeciwieństwie do mięśni szkieletowych, ma niską zdolność do regeneracji.

W świecie naukowym szuka się metod, które mogłyby wspomóc proces regeneracji mięśnia sercowego. Proces powstawania kardiomiocytów, czyli komórek serca i sygnałów zewnętrznych potrzebnych do rozwoju tych komórek, staje się coraz lepiej znany. Metody regeneracji serca mogłyby przeciwdziałać zachorowalności i śmiertelności na choroby sercowo-naczyniowe.

Podczas normalnego funkcjonowania nasze tkanki tracą komórki, jednak braki te są uzupełniane nowymi komórkami. Z biegiem czasu nasz organizm wytwarza coraz mniej nowych komórek, ilość zużytych komórek przekracza komórki nowo utworzone. Każda tkanka ma inną zdolność do regeneracji, tak samo, jak każdy typ komórki ma określoną żywotność, np. komórki nabłonkowe jelit żyją około tygodnia, erytrocyty, czyli czerwone krwinki przez 4 miesiące transportują tlen do wszystkich komórek naszego ciała. Kardiomiocyty nie mają tak dużej zdolności do regeneracji, tylko 0,3-1% tych komórek w ciągu roku ulega regeneracji, przy czym większość zdarzeń związanych z odnawianiem ma miejsce w pierwszej dekadzie życia 1.

 

Blizny na mięśniu sercowym po niedotlenieniu

Ze względu na niski wskaźnik rotacji, każdy z nas umrze z wieloma lub większością kardiomiocytów, które mieliśmy przy urodzeniu 3. Oznacza to, że kardiomiocyty to komórki długowieczne i odporne.

Jednak zmiany spowodowane przez niedotlenienie np. w wyniku niedrożności tętnicy wieńcowej mogą powodować zniszczenie części kardiomiocytów i spowodować zawał mięśnia sercowego. W wyniku niedotlenienia na mięśniu sercowym powstają blizny, co osłabia wydolność serca. Zbliznowaciałe serce to większe prawdopodobieństwo niewydolności serca 1.

 

Metody regeneracji serca przez przeszczep komórek macierzystych

Naukowcy pracują nad metodami odtworzenia serca, za pomocą komórek macierzystych. Komórki macierzyste to komórki, które nie zostały jeszcze wyspecjalizowane do pełnienia odpowiedniej funkcji w organizmie, mają bardzo duży potencjał do namnażania się i różnicowania, mają zdolność do przekształcania się i tworzenia tkanek. Komórki macierzyste można byłoby wykorzystać do przekształcenia w kardiomiocyty w warunkach laboratoryjnych i użyć do regeneracji serca.

Innym pomysłem jest wytworzenie takiego środowiska i przez odpowiednie sygnały pobudzić program regeneracyjny w kardiomiocytach 5. Wymaga to jednak dalszych badań.

 

Przeszczep kardiomiocytów, jakie są wyzwania i przeszkody?

Próbowano zastąpić komórki serca komórkami mięśnia szkieletowego, jednak wytwarzały one odrębny mięsień. Mięsień ten nie mógł połączyć się elektromechaniczne z mięśniem sercowym 6. Wynika to z innej budowy komórek mięśnia sercowego i komórek mięśni szkieletowych.

Opracowano produkcje kardiomiocytów na dużą skalę, jednak komórki te w warunkach laboratoryjnych nie rozwijają wszystkich funkcji. Kardiomiocyty po przeszczepie muszą szybko rosnąć i dojrzewać w naszym ciele. Z tego powodu przeszczepia się bardzo dużą liczbę komórek, ponieważ większość komórek umiera zaraz po przeszczepie 68. Ludzkie kardiomiocyty przeszczepiono świnkom morskim z uszkodzeniami serca spowodowanymi niedotlenieniem, jak również ssakom naczelnym np. Makak. Badania te dały obiecujące rezultaty, wykazano długotrwałe przeżycie przeszczepów mięśni. Zaobserwowano również, że występuje sprzężenie elektryczne, a czynność serca może ulec poprawie 9.

Jednak skala produkcji ciągle pozostaje wyzwaniem, na jednego pacjenta potrzebujemy kilkaset milionów kardiomiocytów, które przeżyją po przeszczepie.

Inną poważną przeszkodą do pokonania jest występowanie przemijających lub utrzymujących się arytmii 911. Długotrwałe elektromechaniczne sprzęganie komórek dawcy i biorcy jest konieczne, aby uniknąć zdarzeń, takich jak częstoskurcz komorowy, który może powodować zatrzymanie akcji serca.

 

Podsumowanie

Regeneracja rannego serca stanowi wielką obietnicę dla milionów pacjentów cierpiących na choroby serca. Ponieważ ludzkie serce ma bardzo ograniczoną zdolność regeneracyjną, jest to trudne zadanie. Od dwóch dekad naukowcy zbierają coraz więcej informacji na temat regulacji genów, które aktywują programy regulacji w kardiomiocytach. Proponowane są również nowe metody wprowadzenia komórek. Dalsze badania i postępy dają nam nadzieję, na cieszenie się dłuższym i zdrowszym życiem z dobrym samopoczuciem. Należy jednak pamiętać, że dużą rolę w zapobieganiu i utrzymywaniu naszych naczyń krwionośnych i serca w dobrej kondycji mają nasze nawyki żywieniowe i nasz styl życia.

 

 

  1. Tzahor E, Poss K. D., Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart. Science. 2017;356(6342): 1035–1039.
  2. Tzahor E, Poss K. D., Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart. Science. 2017;356(6342): 1035–1039.
  3. Bergmann O i wsp., Evidence for cardiomyocyte renewal in humans. Science. 2009;324:98–102.
  4. Tzahor E, Poss K. D., Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart. Science. 2017;356(6342): 1035–1039.
  5. Goldman J.A. i wsp., Resolving Heart Regeneration by Replacement Histone Profiling. Dev Cell. 2017;40:392–404e395
  6. Laflamme M.A., Murry C.E., Heart regeneration. Nature. 2011;473:326–335.
  7. Laflamme M.A., Murry C.E., Heart regeneration. Nature. 2011;473:326–335.
  8. Martin-Puig S., Wang Z., Chien K.R., Lives of a heart cell: tracing the origins of cardiac progenitors. Cell Stem Cell. 2008;2:320–331.
  9. Chong J.J. i wsp., Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 2014;510:273–277.
  10. Chong J.J. i wsp., Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 2014;510:273–277.
  11. Shiba Y. i wsp., Allogeneic transplantation of iPS cell-derived cardiomyocytes regenerates primate hearts. Nature. 2016;538:388–391