DOQ

Artificiële hartweefselpatch biedt perspectief voor genezing hartfalen

Medisch bioloog Alain van Mil ontwikkelt hartspierweefsel vanuit biomaterialen en stamcellen voor het verbeteren van de hartfunctie op de plek van een hartinfarct. Daarmee komt genezing van hartfalen een stap dichterbij. Een van de uitdagingen bestaat eruit om de spiervezelorganisatie van het artificieel stukje hart te laten matchen met het ontvangende hart. Van Mil: “Via 3D printing kwamen we erachter dat een elastische hexagonale structuur van de hartweefselpatch een oplossing kan zijn.”

Na een hartinfarct zorgen een verminderd aantal myocyten en de aanwezigheid van littekenweefsel ervoor dat het hart minder efficiënt kan samentrekken. Omdat de regeneratiecapaciteit van hartweefsel zeer beperkt is, behouden patiënten vaak levenslang symptomen en kunnen ze uiteindelijk sterven aan hartfalen. Echt regeneratieve behandelingen zijn er voor deze patiënten op dit moment niet. Mensen met hartfalen kunnen worden geholpen met een mechanisch steunhart of een orgaantransplantatie, maar genezing van hartfalen is nog niet mogelijk. Van Mil doet in het Regenerative Medicine Center Utrecht onderzoek naar patches die mogelijk wel een stap in de richting van genezing kunnen vormen. De patches zijn een combinatie van biologisch materiaal en biologische afbreekbare kunststof. Deze ‘cardiac tissue-engineered (cTE) constructs’ zouden in de toekomst op een aangedaan hart aangebracht kunnen worden om zo de contractiekracht te herstellen.

Medisch bioloog Alain van Mil

Mix van cellen, collageen hydrogel en andere biomaterialen

“Als bioloog heb ik altijd een fascinatie gehad voor de werking van cellen,” vertelt Van Mil. “Cardiomyocyten zie je onder de microscoop echt leven, ze bewegen. Het is heel bijzonder om met zulke cellen weefsel te creëren dat hopelijk een therapeutische werking heeft.” De cardiomyocyten waar Van Mil mee werkt zijn opgekweekt uit geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen). “Deze cellen verkrijgen we door onder meer huidcellen of mononucleaire bloedcellen te herprogrammeren door het toevoegen van transcriptiefactoren” aldus van Mil. “De patiënt-specifieke iPS-cellen worden vervolgens aangezet tot het vormen van cardiomyocyten, fibroblasten en endotheelcellen, die we gebruiken voor het maken van de patches. Die patches bestaan weer uit een mix van deze cellen, een collageen hydrogel en andere biomaterialen.”

“Om meer organisatie in de patches te krijgen, maken we onder meer gebruik van 3D printing. We printen het weefsel in een bepaalde vorm en maken gebruik van ‘scaffolds’ van polymeer”

Patches goed georganiseerd krijgen

“Een van de uitdagingen is om de patches goed georganiseerd te krijgen,” vertelt van Mil. “De cardiomyocyten in de patches vertonen weliswaar contracties, maar er zit nog weinig richting aan. Uiteindelijk wil je dat zo’n cardiale patch synchroon met de rest van het hart gaat kloppen, alleen dan kunnen ze het hart echt functioneel ondersteunen.” Om meer organisatie in de patches te krijgen, maken Van Mil en collega’s onder meer gebruik van 3D printing. “We printen het weefsel in een bepaalde vorm en we maken gebruik van ‘scaffolds’ van polymeer. De cellen stoppen we samen met de hydrogel in zo’n scaffold. Doordat de cellen vervolgens de polymeervezels volgen, kan je een betere organisatie bewerkstelligen.”

“Cardiomyocyten verkregen uit iPS-cellen zijn foetaal-achtige cellen. Maar het hart van de ontvanger is volwassen, met grotere myocyten die meer sarcomeren en een grote contractiekracht hebben”

Matureren van de cellen

Een andere uitdaging bij het construeren van de patches betreft de aard van de gecreëerde cellen. “Cardiomyocyten verkregen uit iPS-cellen zijn foetaal-achtige cellen,” aldus Van Mil. “Maar het hart van de ontvanger is volwassen, met grotere myocyten die meer sarcomeren en een grote contractiekracht hebben.” Van Mil en collega’s doen daarom onderzoek naar manieren om de opgekweekte myocyten meer te laten matureren. “We doen dit onder meer door het verbeteren van de kweekmedia en het toevoegen van signaalmoleculen. Daarnaast kwamen we erachter dat de maturatie ook beïnvloed wordt door de vorm van de scaffolds. Een hexagonale structuur bleek beter te werken dan een rechthoekige. De eerste heeft betere, op het hart afgestemde mechanische eigenschappen doordat hij uitgerekt kan worden. Hierdoor gaan de cellen zich in het juiste model organiseren en matureren ze verder.”

“We onderzoeken ook hoe de bloedtoevoer binnen een patch geoptimaliseerd kan worden. Bijvoorbeeld door een vaatnetwerk van endotheelcellen in de patches te printen”

Bloedtoevoer

Op dit moment denken Van Mil en collega’s dat patches van vier bij vier centimeter een goede omvang zouden hebben om bovenop een aangedaan deel van het hart te plaatsen. “Voordat we aan klinische toepassingen kunnen denken, moeten de patches echter nog wel geoptimaliseerd worden,” aldus Van Mil. “Wil je het hart echt ondersteunen, dan zullen ze nog wat dikker moeten worden. Net als het echte myocardweefsel zullen ze uit meerdere spierlagen moeten gaan bestaan. Vervolgens is het wel weer een uitdaging om de cellen in het midden van zo’n dikkere patch van voldoende zuurstof en voedingsstoffen te voorzien. Daarom zijn we ook bezig om te onderzoeken hoe de bloedtoevoer binnen een patch geoptimaliseerd kan worden, bijvoorbeeld door een vaatnetwerk van endotheelcellen in de patches te printen.”

“Is een openhartoperatie de enige optie? Of kan het ook via een minimaal invasieve techniek met behulp van een katheter?”

Implantatiewijze

Voorlopig richten Van Mil en collega’s zich met name op het optimaliseren van de patches. “Als we de spierweefselorganisatie goed voor elkaar hebben gaan we ze eerst testen in preklinische modellen,” aldus van Mil. “In die fase zal bijvoorbeeld ook de implantatiewijze van de patches een interessant vraagstuk worden. Is een openhartoperatie de enige optie?Of kan het ook via een minimaal invasieve techniek met behulp van een katheter? Het is slechts een van de vele zaken die we nog verder uit willen zoeken.”

Lees meer over:


Voor u geselecteerde artikelen

Casus: patiënte met dyspnoe en oedeem in het gelaat

Een 66-jarige vrouw presenteert zich met sinds drie weken progressief verminderde inspanningstolerantie en met name ’s ochtends een zwelling van het gelaat. Overdag verbeteren de klachten deels. Wat is uw diagnose?

Wat je verwacht, voel je: wat zorgverleners kunnen leren van placebo-effecten

Wat patiënten verwachten, beïnvloedt direct hoe zij pijn of bijwerkingen ervaren. Henriët van Middendorp legt uit hoe placebo- en nocebo-effecten werken, en hoe zorgverleners deze bewust en ethisch kunnen inzetten in de praktijk.

Trots op goed werkend meld­systeem voor bijwerk­ingen

Agnes Kant wijst op het belang van meer onderzoek naar bijwerkingen en roept zorgverleners op te blijven melden bij het Bijwerkingenmeldsysteem. “Van 70% van de geneesmiddelen is nog onduidelijk of deze veilig tijdens de zwangerschap gebruikt kunnen worden.”

Wandelend naar een betere gezondheid

Matthijs van der Poel combineert als huisarts en sportliefhebber zorg en beweging. Met stichting Looprecept wandelt hij wekelijks met patiënten – goed voor lijf, hoofd én verbinding. “Het is heel laagdrempelig en dat verklaart denk ik ook het succes.”

De patiënt doet lastig, en dan?

Patiënten met een persoonlijkheidsstoornis kunnen soms veel losmaken, zowel in het behandeltraject als bij de arts. Thom van den Heuvel geeft handvatten voor het omgaan met deze patiëntengroep. “Het contact vraagt meer tijd en legt tegelijk emotionele druk op de arts."

Vind meertalige zorgverleners via ikspreekmeerdan.nl

Als anios in een huisartsenpraktijk in Amsterdam merkte Daan Frehe dat taal voor veel patiënten een barrière vormt voor het krijgen van goede zorg. “Via ikspreekmeerdan.nl kan nu een zorgverlener met een gedeelde taal en cultuur gevonden worden. Dat is enorm waardevol.”

Casus: man met een veranderde vlek op het been

Een 72-jarige man presenteert zich op uw spreekuur met een veranderde plek op het bovenbeen rechts. De vlek is gegroeid en van kleur veranderd. De patiënt heeft een licht huidtype en een voorgeschiedenis van basaalcelcarcinoom. Wat is uw diagnose?

Maak van wachttijd in de ggz hersteltijd: vijf praktische adviezen

Sanne Booij en Christien Slofstra willen af van de stille wachttijd in de ggz. Met hulp van de huisarts kan het herstel al beginnen, nog vóór de intake. “Deze periode hoeft geen verloren tijd te zijn.”

Beteugelen geneesmiddel­prijzen noodzakelijk voor betaalbare zorg

Wilbert Bannenberg strijdt met Stichting Farma ter Verantwoording tegen excessieve geneesmiddelprijzen. Zijn missie: winsten beteugelen om zorg toegankelijk te houden. “Geneesmiddelprijzen moeten beteugeld gaan worden, anders wordt de zorg onbetaalbaar.”

Casus: vrouw met veranderd defecatiepatroon

Een vrouw wordt naar de polikliniek gestuurd in verband met een veranderd defecatiepatroon. Ze heeft wat frequenter dan gebruikelijk ontlasting. Er zijn wat vage buikklachten in de zin van rommelingen en krampen. Ze gebruikt geen medicatie. Wat is uw diagnose?