Wetenschappers hebben de reden gevonden voor het gebrek aan vermogen om hartspiercellen te regenereren

Stamcelonderzoekers aan de Universiteit van Californië in Los Angeles hebben ontdekt waarom volwassen hartspiercellen, cardiomyocyten genaamd, hun vermogen om te prolifereren zijn kwijtgeraakt. Dit zou kunnen verklaren waarom het menselijk hart zo'n beperkte regeneratiecapaciteit heeft.

Het onderzoek, uitgevoerd op cellijnen en muizen, zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van methoden om hartspiercellen rechtstreeks in het hart van patiënten te herprogrammeren, waardoor ze nieuwe spieren kunnen aanmaken en schade kunnen herstellen, aldus dr. Robb MacLellan van het Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research aan de UCLA.

In tegenstelling tot salamanders en watersalamanders kan het volwassen menselijk lichaam beschadigde organen zoals het hart niet spontaan regenereren. Recente studies tonen echter aan dat zoogdieren het vermogen hebben om het hart gedurende een zeer korte periode te regenereren – binnen de eerste levensweek. Daarna gaat dit vermogen verloren. Maar als het er ooit was, kan het dan misschien worden hersteld?

Het onderzoek van Dr. McLellan, gepubliceerd in het peer-reviewed Journal of Cell Biology, toont aan dat het mogelijk is om de cellulaire klok terug te zetten naar een tijd waarin cardiomyocyten zich konden vermenigvuldigen en de hartspier konden herstellen.

"Salamanders en andere lagere organismen hebben het vermogen om hun cardiomyocyten te dedifferentiëren, of ze terug te brengen naar een eerdere, primitievere staat, waardoor deze cellen de celcyclus kunnen hervatten en nieuwe hartspiercellen kunnen vormen", aldus Dr. McLellan, universitair hoofddocent cardiologie en fysiologie. "Bij zoogdieren gaat dit potentieel verloren. Als we wisten hoe we het konden herstellen, of de reden wisten waarom volwassen cardiomyocyten zich niet vermenigvuldigen, zouden we kunnen proberen een manier te vinden om het hart te regenereren met behulp van de methoden van de natuur zelf."

Hartspiercellen zijn afkomstig van stamcellen, of precursorcellen, die door proliferatie het hart vormen. Zodra het hart gevormd is, transformeren de myocyten van onvolwassen naar volwassen cellen, die zich niet meer kunnen voortplanten. Bij salamanders en salamanders is de situatie anders: hun hartspiercellen kunnen terugkeren naar een onvolwassen, of primitieve, staat en, opnieuw, het vermogen krijgen om te prolifereren, schade te herstellen en vervolgens weer te transformeren tot volwassen cellen.

Volgens Dr. McLellan is de reden waarom menselijke hartspiercellen dit niet kunnen, vrij simpel: in hun primitieve toestand verliezen hartspiercellen het vermogen om normaal samen te trekken, wat essentieel is voor de goede werking van het hart. Omdat mensen veel groter zijn dan salamanders en watersalamanders, moesten onze harten veel efficiënter werken om een optimale bloeddruk en normale bloedsomloop te behouden.

"Naarmate we evolueerden, moesten we, om een optimale bloeddruk en bloedsomloop te behouden, het vermogen om de hartspier te regenereren opgeven", zegt McLellan. "Wat we ervoor terugkregen, waren efficiëntere hartspiercellen en een hart. Maar dat was een compromis."

Dr. McLellan is van mening dat het tijdelijk remmen van de expressie van eiwitten die de celcyclus blokkeren, volwassen hartspiercellen mogelijk kan dwingen terug te keren naar de celcyclus, oftewel te prolifereren. Deze methoden zouden omkeerbaar moeten zijn, zodat het effect van het aanpakken van de eiwitten die verantwoordelijk zijn voor proliferatie verdwijnt nadat de schade is hersteld. De hartspiercellen zouden dan terugkeren naar volwassen cellen en de herstelde hartspier helpen samentrekken. Om de eiwitten die de hartspier in een volwassen toestand houden, uit te schakelen, overweegt Dr. McLellan al om nanodeeltjes te gebruiken om kleine interfererende RNA-moleculen naar het hart te brengen.

Bij een hartinfarct wordt een deel van het hart niet meer van zuurstof voorzien en sterven de hartspiercellen af en worden vervangen door littekenweefsel. Het is niet moeilijk om het beschadigde gebied van het hart te vinden, en als er een methode wordt ontwikkeld om de eigen hartspiercellen van de patiënt te herprogrammeren, kan een systeem dat de activiteit van het gewenste eiwit regelt en de hartspiercellen in een primitieve staat kan terugbrengen, in het beschadigde gebied worden geïntroduceerd. Hierdoor kan de dode hartspier worden vervangen door een levende.

"Het vermogen van lagere organismen om te regenereren en waarom dit bij mensen niet gebeurt, wordt al lang besproken. Dit is het eerste artikel dat een verklaring geeft voor waarom dit gebeurt", aldus professor McLellan over zijn werk.

Er is veel gesproken over het gebruik van menselijke embryonale stamcellen (hESC's) of geherprogrammeerde geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's) om het hart te regenereren. Het is echter niet bekend in welke mate regeneratie mogelijk is of hoe groot de voordelen zouden kunnen zijn.

"Volgens mij is dit een mogelijk mechanisme om de hartspier te regenereren zonder stamcellen te gebruiken", zegt dr. McLellan. "In dit geval zou elke persoon een bron van cellen worden voor zijn eigen regeneratie."

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]