Dostawa energii komórkowej do rozruszników serca
Ludzkie serce bije rytmicznie dzięki wyspecjalizowanej grupie komórek sercowych lub sercowych włókien mięśniowych znanych jako węzeł zatokowy, który wyznacza tempo uderzeń serca. Sztuczne węzły zatokowe, tzw. rozruszniki serca, działają na baterie, które na chwilę obecną wymagają wymiany co pięć do siedmiu lat. Procedura ta ma postać inwazyjnej i poważnej operacji. Uniknięcie tej procedury u starzejącej się populacji stało się inspiracją dla realizacji finansowanego przez UE projektu "The development of an implantable cellular power supply based on rabbit cardiac cells" (RABBITCELLPSU). Zespół wykorzystał energię żywych miocytów sercowych (komórek mięśniowych), aby stworzyć konstrukcję baterii nowego typu. Miocyty sercowe to długie komórki o bardzo zorganizowanej strukturze. Aby uwięzić je w określonych regionach kanałów, skonstruowano przyrząd mikrofluidyczny w dobrze zdefiniowanej nanostrukturze. Badacze w pierwszej kolejności wykorzystali pierwotne komórki sercowe, aby przetestować system, potwierdzając w efekcie ważną rolę cech topograficznych w jednorodności i okresowości uderzeń klastrów komórkowych. Następnie zastosowali elektrycznie wprawione w ruch nanowłókna z kolagenem w roli rusztowania dla tkanki, aby zainicjować jej wzrost w preferowanych kierunkach. Kolejnym krokiem było opracowanie metod powodujących różnicowanie się indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) w miocyty sercowe. iPSC to dojrzałe komórki macierzyste, które zostały genetycznie przeprogramowane do stanu, w którym przypominają embrionalne komórki macierzyste. Jest to potężna metoda odwracania procesu różnicowania się komórek z komórek dorosłych, a następnie produkowania tkanek niemal perfekcyjnie dopasowanych, by zminimalizować prawdopodobieństwo odrzucenia przez układ odpornościowy. Dowiedziono, że uzyskane w ten sposób miocyty sercowe formują tkankę funkcjonalną za pomocą urządzeń mikrofluidycznych lub rusztowań. Kolejnym krokiem jest wykorzystanie ich do wytwarzania energii za pomocą reakcji piezoelektrycznej stanowi. Badaniu poddano nanoprzewody z tlenku cynku i elektrycznie wprawione w ruch nanowłókna z polifluorku winylidenu, inaczej PVDF, które są obiecującymi materiałami piezoelektrycznymi. Wszystkie niezbędne prace na rzecz produkcji ważnych komponentów komórkowych i elektrycznych już przeprowadzono, a konieczne systemy testowe i pomiarowe uruchomiono. Miocyty sercowe, a zwłaszcza ich zastosowanie jako urządzeń zasilających, przechodzą obecnie rutynowe badania laboratoryjne. Akumulatory komórkowe, gdy zostaną wprowadzone na rynek, będą miały potężny wpływ na jakość życia milionów osób wymagających chirurgicznego wszczepienia sztucznego rozrusznika serca.
Słowa kluczowe
Dostawa energii komórkowej, rozrusznik serca, piezoelektryczny, komórki sercowe, miocyty sercowe
