Trái tim con người bắt đầu hình thành khoảng ba tuần sau khi thụ thai. Điều này đặt giai đoạn đầu của quá trình phát triển tim vào thời điểm mà phụ nữ thường vẫn chưa biết mình đang mang thai. Đó là một lý do tại sao chúng ta vẫn có ít kiến ​​thức về nhiều chi tiết về cách hình thành trái tim. Những phát hiện từ các nghiên cứu trên động vật không thể áp dụng hoàn toàn cho con người. Một organoid được phát triển tại TUM có thể hữu ích cho các nhà nghiên cứu.

Một quả bóng gồm 35,000 tế bào

Nhóm làm việc với Alessandra Moretti, Giáo sư Y học tái tạo về bệnh tim mạch, đã phát triển một phương pháp tạo ra một loại “trái tim nhỏ” bằng cách sử dụng các tế bào gốc đa năng. Khoảng 35,000 tế bào được quay thành một quả cầu trong máy ly tâm. Trong khoảng thời gian vài tuần, các phân tử tín hiệu khác nhau được thêm vào nuôi cấy tế bào theo một giao thức cố định. Alessandra Moretti giải thích: “Bằng cách này, chúng tôi bắt chước các đường truyền tín hiệu trong cơ thể kiểm soát chương trình phát triển của tim. Nhóm hiện đã công bố công trình của mình trên tạp chí Nature Biotech.

Lần đầu tiên “epicardioids”

Các chất hữu cơ thu được có đường kính khoảng nửa milimet. Mặc dù chúng không bơm máu nhưng chúng có thể được kích thích bằng điện và có khả năng co bóp giống như buồng tim của con người. Giáo sư Moretti và nhóm của bà là những nhà nghiên cứu đầu tiên trên thế giới tạo thành công một cơ quan chứa cả tế bào cơ tim (tế bào cơ tim) và tế bào của lớp ngoài của thành tim (màng ngoài tim). Trong lịch sử non trẻ của các chất hữu cơ tim — lần đầu tiên được mô tả vào năm 2021 — các nhà nghiên cứu trước đây chỉ tạo ra các chất hữu cơ có tế bào cơ tim và các tế bào từ lớp bên trong của thành tim (nội tâm mạc).

Tiến sĩ Anna Meier, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Để hiểu trái tim được hình thành như thế nào, các tế bào biểu mô có ý nghĩa quyết định. “Các loại tế bào khác trong tim, ví dụ như tế bào kết nối các mô và mạch máu, được hình thành từ những tế bào này. Ngoại tâm mạc cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành các buồng tim.” Nhóm nghiên cứu đã đặt tên thích hợp cho các organoid mới là “epicardioid”.

Loại tế bào mới được phát hiện

Cùng với phương pháp sản xuất các chất hữu cơ, nhóm đã báo cáo những khám phá mới đầu tiên của mình. Thông qua việc phân tích các tế bào riêng lẻ, họ đã xác định rằng các tế bào tiền thân thuộc loại chỉ mới được phát hiện gần đây ở chuột được hình thành vào khoảng ngày thứ bảy trong quá trình phát triển của thể hữu cơ. Ngoại tâm mạc được hình thành từ các tế bào này. Giáo sư Moretti nói: “Chúng tôi cho rằng những tế bào này cũng tồn tại trong cơ thể con người - nếu chỉ trong vài ngày.

Những hiểu biết sâu sắc này cũng có thể đưa ra manh mối về lý do tại sao tim thai nhi có thể tự sửa chữa, một khả năng gần như hoàn toàn không có ở tim người trưởng thành. Kiến thức này có thể giúp tìm ra các phương pháp điều trị mới cho các cơn đau tim và các tình trạng khác.

Sản xuất “chất hữu cơ được cá nhân hóa”

Nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các chất hữu cơ có thể được sử dụng để điều tra bệnh tật của từng bệnh nhân. Sử dụng các tế bào gốc đa năng từ một bệnh nhân mắc hội chứng Noonan, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các chất hữu cơ mô phỏng các đặc điểm của tình trạng này trong đĩa Petri. Trong những tháng tới, nhóm có kế hoạch sử dụng các chất hữu cơ được cá nhân hóa có thể so sánh được để điều tra các dị tật tim bẩm sinh khác.

Với khả năng mô phỏng tình trạng bệnh tim trong các chất hữu cơ, các loại thuốc có thể được thử nghiệm trực tiếp trên chúng trong tương lai. Alessandra Moretti nói: “Có thể hình dung rằng những thử nghiệm như vậy có thể làm giảm nhu cầu thí nghiệm trên động vật khi phát triển thuốc.

Nghiên cứu Organoid là một lĩnh vực nghiên cứu chính tại TUM

Các nhà nghiên cứu đã đăng ký bằng sáng chế quốc tế cho quá trình tạo ra các cơ tim. Mô hình Epicardioid là một trong một số dự án organoid tại TUM. Tại Trung tâm Hệ thống Organoid, các nhóm làm việc từ các phòng ban và chủ tịch khác nhau sẽ hợp tác. Họ sẽ tiến hành nghiên cứu liên ngành về các cơ quan tuyến tụy, não và tim với hình ảnh hiện đại và phân tích tế bào để nghiên cứu sự hình thành các cơ quan, ung thư và các bệnh thoái hóa thần kinh và đạt được tiến bộ cho y học với hệ thống 3D của con người.