バイオ人工心臓

バイオ人工心臓は、脱細胞化された心臓の細胞外構造と異なる供給源からの細胞成分を含む人工心臓である。このような心臓は、心臓病の治療と研究において特に興味深い。最初のバイオ人工心臓は、2008年に死体ラットの心臓を使用して作成された。^{[1] [2] [3]} 2014年には、人間サイズのバイオ人工ブタ心臓が構築された。^[4]バイオ人工心臓はまだ臨床使用向けに開発されていないが、ヒト細胞によるブタ心臓の再細胞化は異種移植への扉を開く。^{[4] [5]}

心不全は主な死亡原因の1つです。2013年には、年間5,400万人の死亡者のうち、推定1,730万人が心血管疾患が原因でした。つまり、世界の総死亡数の31.5%がこれによるものでした。^[6]多くの場合、末期心不全の唯一の実行可能な治療法は臓器移植です。^[5]現在、臓器の供給は需要を満たすのに不十分であり、末期治療計画に大きな制限が生じています。^{[2] [5]}従来の移植プロセスの理論的な代替手段は、パーソナライズされたバイオ人工心臓の設計です。研究者は心血管組織の設計で多くの進歩を遂げており、機能的な臓器を作成するために脱細胞化および再細胞化された死体心臓を使用することを検討してきました。^[5]脱細胞化-再細胞化では、死体心臓を使用し、タンパク質マトリックスを維持しながら細胞内容物を除去し（脱細胞化）、その後、残ったマトリックス内で適切な心血管組織の成長を促進します（再細胞化）。^[5]

過去数年にわたり、研究者らは成人の心臓に存在する心臓幹細胞の集団を特定してきた。この発見は、心臓内の幹細胞を採取し、心臓組織に再プログラムすることで心臓細胞を再生するというアイデアを刺激した。^[7]これらの幹細胞の重要性は、自己複製、心筋細胞、内皮細胞、平滑筋細胞への分化能力、およびクローン形成性である。これらの幹細胞は、細胞間成分のトポグラフィーを安定させるとともに心臓の大きさや形状の制御を助ける心筋細胞、および間葉組織のターンオーバーと維持のための細胞リザーバーとして機能する血管細胞になる能力がある。^[7]しかし、生体内研究では、移植された心臓幹細胞の再生能力は、マクロファージを介した免疫応答とそれに伴う線維芽細胞を介した創傷治癒によるものであり、機能によるものではないことが実証されており、これらの効果は生きている幹細胞と死んだ幹細胞の両方で観察された。^[8]

心臓からすべての細胞成分を除去するための好ましい方法は灌流脱細胞化です。この技術では、蒸留水に溶解したSDSやトリトンX-100などの洗剤で心臓を灌流します。^[1]

残りのECMは、コラーゲン、ラミニン、エラスチン、フィブロネクチンなどの構造要素で構成されています。ECMスキャフォールドは、適切な細胞増殖と分化、血管の発達を促進し、細胞の成長に対する機械的サポートを提供します。^[5]脱細胞化プロセス後に残るDNA物質は最小限であるため、人工臓器は種に関係なく移植レシピエントと生体適合性があります。従来の移植オプションとは異なり、再細胞化された心臓は免疫原性が低く、拒絶反応のリスクが低くなります。^{[2] [9]}

脱細胞化された心臓を滅菌して病原体を除去すると、再細胞化プロセスが開始されます。^[2]次に、多能性心血管前駆細胞を脱細胞化された心臓に加え、追加の外因性成長因子とともに、心筋細胞、平滑筋細胞、内皮細胞への分化を刺激します。^[10]

最も有望な結果は、再細胞化されたラットの心臓から得られました。わずか8日間の成熟後、心臓モデルはペーシングを提供するために電気信号で刺激されました。心臓モデルは、通常のラットの心臓の約2％、または16週齢の人間の心臓の約25％に相当する力で統一された収縮を示しました。^{[1] [5]}

臨床現場での使用には程遠いものの、バイオ人工心臓生成の分野では大きな進歩がありました。^{[2] [5] [10]} 脱細胞化および再細胞化プロセスの使用により、細胞の成長を促進する3次元マトリックスの生成、適切な細胞組成を含むマトリックスの再増殖、および（限定的な）機能性と刺激に対する反応性を示す臓器のバイオエンジニアリングが実現しました。^{[2] [5]}この分野は非常に有望であり、今後の研究により末期心不全の治療を再定義する可能性があります。