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Three months after a heart attack, a monkey's heart was beating with the help of cells that began as ordinary blood cells in a laboratory dish. At Hanover Medical School, Ulrich Martin and Robert Zweigerdt have spent more than 20 years trying to repair damaged hearts with cells. Their latest study, published in Nature Communications, reports that the treatment improved heart function after three months in animals.
Tre mesi dopo un infarto, il cuore di una scimmia batteva grazie a cellule che erano partite come normali cellule del sangue in una capsula di laboratorio. Alla Scuola di medicina di Hannover, Ulrich Martin e Robert Zweigerdt lavorano da oltre 20 anni per riparare cuori danneggiati con le cellule. Il loro ultimo studio, pubblicato su Nature Communications, riferisce che il trattamento ha migliorato la funzione cardiaca dopo tre mesi negli animali.
When a heart attack strikes, the part of the heart muscle that loses its oxygen supply dies, and scar tissue takes its place. The damage can lead to chronic heart failure. The Hanover team does not inject single cells. It injects small clusters of human heart muscle cells, produced in bioreactors from induced pluripotent stem cells, which are adult cells, such as blood cells, reprogrammed to become almost any cell type. The clusters form spherical aggregates, and the team expects more of them to stay in the heart and integrate into the muscle than would be the case with single cells.
Quando arriva un infarto, la parte del muscolo cardiaco che perde l'apporto di ossigeno muore e al suo posto si forma tessuto cicatriziale. Il danno può portare a un'insufficienza cardiaca cronica. Il team di Hannover non inietta cellule singole, ma piccoli grappoli di cellule muscolari cardiache umane, prodotti in biorettori a partire da cellule staminali pluripotenti indotte, cioè cellule adulte, come quelle del sangue, riprogrammate per diventare quasi qualsiasi tipo cellulare. I grappoli formano aggregati sferici e il team prevede che un numero maggiore di essi resti nel cuore e si integri nel muscolo rispetto a quanto accadrebbe con le cellule singole.
The experiments were run with the German Primate Centre in Göttingen, on Javanese macaques in which a heart attack had been induced. Mice were not suitable, because their hearts are much smaller and beat much faster than human hearts. Pigs have hearts closer to ours in size, but their immune systems reject human cells. In monkeys, the human cells grew and survived with appropriate immunosuppressive medication. After three months, extensive new human cardiac muscle fibers had formed. The transplant caused temporary cardiac arrhythmias, but its effect on heart function was positive over time.
Gli esperimenti sono stati condotti con il Centro tedesco per i primati di Gottinga, su macachi di Giava ai quali era stato indotto un infarto. I topi non erano adatti, perché i loro cuori sono molto più piccoli e battono molto più velocemente di quelli umani. I maiali hanno cuori più simili ai nostri per dimensioni, ma il loro sistema immunitario rigetta le cellule umane. Nelle scimmie, le cellule umane sono cresciute e sono sopravvissute grazie a una adeguata terapia immunosoppressiva. Dopo tre mesi si erano formate estese nuove fibre del muscolo cardiaco umano. Il trapianto ha causato aritmie cardiache temporanee, ma nel tempo il suo effetto sulla funzione cardiaca è stato positivo.
The team tested clusters from two iPSC lines, and only those from one of them improved heart function, although both produced grafts of similar size. Zweigerdt suggests that the contraction of the cells in culture is linked to their potential to help the heart, so the contractile force of the clusters should be checked before transplantation. The study does not yet allow conclusions about people, and Zweigerdt says so directly: human cells have their own human heart rate.
Il team ha testato grappoli provenienti da due linee di cellule staminali pluripotenti indotte, e solo quelli di una delle due hanno migliorato la funzione cardiaca, sebbene entrambe abbiano prodotto innesti di dimensioni simili. Zweigerdt ritiene che la contrazione delle cellule in coltura sia legata alla loro potenzialità di aiutare il cuore, per cui la forza contrattile dei grappoli dovrebbe essere verificata prima del trapianto. Lo studio non consente ancora conclusioni sulle persone, e Zweigerdt lo dice senza giri di parole: le cellule umane hanno un proprio ritmo cardiaco umano.
For patients, the change would come from the cell source. Current clinical trials worldwide use donor cells, which means immunosuppression for the rest of the patient's life. The Hanover team aims instead to make clusters from each patient's own blood cells, which would avoid that medication and could, in Martin's view, widen acceptance among younger patients, although the approach costs more. The HEAL research project is working to refine the production and delivery of the clusters for human use. The team has not announced a date for human trials, and Martin is clear about the limits: living cells cannot fully heal a heart that is already badly damaged, but they may improve its function.
Per i pazienti, il cambiamento passerebbe dalla fonte delle cellule. Le attuali sperimentazioni cliniche nel mondo usano cellule di donatori, il che significa immunosoppressione per il resto della vita del paziente. Il team di Hannover punta invece a ricavare grappoli dalle cellule del sangue di ciascun paziente, cosa che eviterebbe quei farmaci e potrebbe, secondo Martin, favorire una maggiore accettazione tra i pazienti più giovani, sebbene l'approccio costi di più. Il progetto di ricerca HEAL lavora per perfezionare la produzione e la somministrazione dei grappoli destinati all'uso umano. Il team non ha annunciato una data per le sperimentazioni sull'uomo, e Martin è chiaro sui limiti: le cellule vive non possono guarire del tutto un cuore già gravemente danneggiato, ma possono migliorarne la funzione.