หัวใจของมนุษย์เริ่มก่อตัวขึ้นประมาณสามสัปดาห์หลังจากการปฏิสนธิ นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาหัวใจในช่วงเวลาที่ผู้หญิงมักยังไม่รู้ถึงการตั้งครรภ์ นั่นเป็นเหตุผลหนึ่งที่เรายังไม่ค่อยมีความรู้ในรายละเอียดมากมายเกี่ยวกับการก่อตัวของหัวใจ การค้นพบจากการศึกษาในสัตว์ไม่สามารถถ่ายโอนไปยังมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์ ออร์แกนอยด์ที่พัฒนาขึ้นที่ TUM สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ต่อนักวิจัย

ลูกบอล 35,000 เซลล์

ทีมที่ทำงานร่วมกับ Alessandra Moretti ศาสตราจารย์ด้านเวชศาสตร์ฟื้นฟูโรคหัวใจและหลอดเลือด ได้พัฒนาวิธีการสร้าง "หัวใจจิ๋ว" โดยใช้สเต็มเซลล์หลายชนิด เซลล์ประมาณ 35,000 เซลล์ถูกหมุนเป็นทรงกลมในเครื่องหมุนเหวี่ยง ในช่วงเวลาหลายสัปดาห์ โมเลกุลส่งสัญญาณต่างๆ จะถูกเพิ่มเข้าไปในเซลล์เพาะเลี้ยงภายใต้โปรโตคอลแบบตายตัว Alessandra Moretti อธิบาย "ด้วยวิธีนี้ เราเลียนแบบเส้นทางการส่งสัญญาณในร่างกายที่ควบคุมโปรแกรมการพัฒนาของหัวใจ" กลุ่มนี้ได้เผยแพร่ผลงานในวารสาร Nature Biotechnology

“อีพิคาร์ดิโอยด์” เป็นครั้งแรก

ออร์กานอยด์ที่เกิดขึ้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณครึ่งมิลลิเมตร แม้ว่าจะไม่สูบฉีดเลือด แต่ก็สามารถกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและสามารถหดตัวได้เหมือนห้องหัวใจของมนุษย์ ศ.มอเร็ตติและทีมของเธอเป็นนักวิจัยคนแรกของโลกที่ประสบความสำเร็จในการสร้างอวัยวะที่มีทั้งเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ (cardiomyocytes) และเซลล์ของชั้นนอกของผนังหัวใจ (epicardium) ในประวัติศาสตร์วัยเยาว์ของออร์แกนอยด์ในหัวใจ ซึ่งมีการอธิบายครั้งแรกในปี 2021 ก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้สร้างออร์แกนอยด์ที่มีคาร์ดิโอไมโอไซต์และเซลล์จากชั้นในของผนังหัวใจ (เอนโดคาร์เดียม) เท่านั้น

ดร. แอนนา ไมเออร์ ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าวว่า "เพื่อทำความเข้าใจว่าหัวใจก่อตัวขึ้นได้อย่างไร เซลล์อีพิคาร์เดียมมีความสำคัญอย่างยิ่ง" “เซลล์ประเภทอื่นๆ ในหัวใจ เช่น ในการเชื่อมต่อเนื้อเยื่อและหลอดเลือด เกิดจากเซลล์เหล่านี้ อีพิคาร์เดียมยังมีบทบาทสำคัญในการสร้างห้องหัวใจ” ทีมงานได้ตั้งชื่อออร์แกนอยด์ใหม่นี้อย่างเหมาะสมว่า "อีพิคาร์ดิโอยด์"

ค้นพบเซลล์ชนิดใหม่

นอกจากวิธีการผลิตออร์แกนอยด์แล้ว ทีมงานยังได้รายงานการค้นพบใหม่เป็นครั้งแรกด้วย จากการวิเคราะห์เซลล์แต่ละเซลล์ พวกเขาระบุว่าเซลล์ตั้งต้นชนิดที่เพิ่งค้นพบในหนูเพิ่งเกิดขึ้นประมาณวันที่เจ็ดของการพัฒนาออร์กานอยด์ epicardium เกิดจากเซลล์เหล่านี้ “เราสันนิษฐานว่าเซลล์เหล่านี้มีอยู่ในร่างกายมนุษย์เช่นกัน ถ้าเพียงไม่กี่วัน” ศ.โมเร็ตติกล่าว

ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้อาจให้เบาะแสว่าทำไมหัวใจของทารกในครรภ์จึงสามารถซ่อมแซมตัวเองได้ ซึ่งเป็นความสามารถที่แทบจะขาดหายไปในหัวใจของผู้ใหญ่ ความรู้นี้สามารถช่วยในการหาวิธีการรักษาใหม่สำหรับอาการหัวใจวายและอาการอื่นๆ

การผลิต "อวัยวะส่วนบุคคล"

ทีมงานยังแสดงให้เห็นว่าออร์แกนอยด์สามารถใช้ในการตรวจสอบความเจ็บป่วยของผู้ป่วยแต่ละรายได้ นักวิจัยใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากผู้ป่วยที่เป็นโรคนูนัน (Noonan Syndrome) เพื่อผลิตออร์แกนอยด์ที่เลียนแบบลักษณะเฉพาะของอาการดังกล่าวในจานเพาะเชื้อ ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า ทีมงานวางแผนที่จะใช้ออร์แกนอยด์ส่วนบุคคลที่เปรียบเทียบได้เพื่อตรวจสอบความบกพร่องของหัวใจแต่กำเนิดอื่นๆ

ด้วยความเป็นไปได้ของการจำลองสภาวะหัวใจในออร์แกนอยด์ ยาสามารถทดสอบโดยตรงกับพวกมันได้ในอนาคต Alessandra Moretti กล่าวว่า "เป็นไปได้ว่าการทดสอบดังกล่าวอาจลดความจำเป็นในการทดลองกับสัตว์ในการพัฒนายาได้"

การวิจัยออร์แกนอยด์เป็นพื้นที่การวิจัยที่สำคัญของ TUM

นักวิจัยได้จดสิทธิบัตรระหว่างประเทศสำหรับกระบวนการสร้างออร์แกนอยด์ในหัวใจ แบบจำลอง Epicardioid เป็นหนึ่งในหลายโครงการออร์แกนอยด์ที่ TUM ที่ Center for Organoid Systems กลุ่มงานจากแผนกต่างๆ และเก้าอี้จะทำงานร่วมกัน พวกเขาจะทำการวิจัยแบบสหวิทยาการเกี่ยวกับอวัยวะของตับอ่อน สมอง และหัวใจด้วยการถ่ายภาพและการวิเคราะห์เซลล์ที่ทันสมัย ​​เพื่อศึกษาการก่อตัวของอวัยวะ มะเร็ง และโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท และบรรลุความก้าวหน้าสำหรับการแพทย์ด้วยระบบ 3 มิติของมนุษย์