W wyniku ataku serca, jego tkanki ulegają nieodwracalnym uszkodzeniom. Jak wiadomo komórki w sercu nie mogą się namnażać a mięsień sercowy zawiera jedynie kilka komórek macierzystych co w konsekwencji nie pozwala na samo naprawę i regenerację tkanek – ponieważ stają się włókniste i nie mogą poprawnie funkcjonować. W poszukiwaniu innowacyjnych metod przywracania pracy serca sprzed zawału naukowcy badają tzw. “łaty sercowe” które transplantowane do serca mogą zastąpić uszkodzone fragmenty tkanek. Dr Tal Dvir i jego doktorant Michal Schevach z Wydziału Mikrobiologii Molekularnej i Biotechnologii na Uniwersytecie w Tel Avivie, we współpracy z Centrum Nanonauki i Nanotechnologii, wraz z kolegami z wydziału wyznaczyli dosłownie złoty środek w dziedzinie sercowej inżynierii tkankowej.
Aby sprostać jednemu z największych wyzwań w rozwoju wspomnianych “łat sercowych” – przy jednoczesnym zagwarantowaniu wysokiej biozgodności oraz zapewnieniu iż implanty tkanek będą naśladować skoordynowany system elektryczny serca który jest odpowiedzialny za tętno oraz jego rytm – badacze połączyli komórki sercowe z nanowłóknami wykonanymi z cząsteczek złota. Obecnie ich celem jest optymalizacja sygnałów elektrycznych pomiędzy komórkami. Stwierdzono że złoto znacznie zwiększa zdolności konsolidacji biomateriałów, a na dodatek tkanki z jego niewielką ilością są mocniejsze oraz pracują szybciej.
Po przebytych chorobach serca, czy też zawale, komórki sercowe tracą białka znajdujące się na ich powierzchni, które są odpowiedzialne za przesyłanie impulsów elektrycznych. Odpowiednio stymulowane komórki są w stanie naturalnie wytworzyć zniszczone białka, jednak trzeba na to czasu którego pacjent może nie mieć zbyt wiele. Złote nanowłókna mogą pełnić rolę złączy elektrycznych, dopóki komórki nie wykształcą ponownie w pełni funkcjonalnych białek. Nowe tkanki są odtwarzane z komórek zwierzęcych lub pobranych od pacjenta, umieszczane na trójwymiarowym rusztowaniu wykonanym z biomateriałów – wszystkich materiałów oraz substancji oddziałujących z układem biologicznym – które nadaje właściwy kształt i formę rosnącym tkankom. Dr Dvir i jego zespół zastosowali różne procesy chemiczne i fizyczne aby dołączyć nanocząstki złota do wspomnianych rusztowań, a następnie komórki oddziałują ze sobą wspomagane przez nanocząstki.
Naukowcy wykorzystali skaningowy mikroskop elektronowy oraz różnorodne wskaźniki aktywności elektrycznej w celu obserwacji nanocząstek na włóknach, i sprawdzenia przewodnictwa. Zaobserwowano że komórki rosnące na rusztowaniach pokrytych złotem miały znacznie silniejsze skurcze w porównaniu do tych na stelażu bez złota. Kompozytowe włókna komórek sercowych i złota wykazały również większą efektywność przekazywania impulsów elektrycznych pomiędzy sobą.
Szacuje się że około 50% osób które przeżyły atak serca umiera w ciągu następnych pięciu lat. Dlatego nowe metody leczenia taka jak to są bardzo potrzebne, i są one dosłownie złotą szansą osób po zawale. Nowe funkcjonalne kompozyty tkankowe mogą nie tylko ocalić życie ale również poprawić jakość życia pacjenta. Jak mówi przysłowie ordoskie: “Jeżeli posiadasz złoto, twoim przeznaczeniem jest żyć; jeżeli go nie masz – twoim przeznaczeniem jest umrzeć”…..
Źródła:
[1] Michal Shevach, Ben M. Maoz, Ron Feiner, Assaf Shapira, Tal Dvir. Nanoengineering gold particle composite fibers for cardiac tissue engineering. Journal of Materials Chemistry B, 2013; DOI:10.1039/C3TB20584C
[2] gold hearts by pirate_renee, flickr.com, CC by 2.0