ナノワイヤーで騙された心臓オルガノイドがラットの心臓機能を回復

ミニハートの小さな浮遊塊は、フランケンシュタインからそのまま出てきました。 ヒト幹細胞とシリコンナノワイヤーの混合物から作られたこのサイボーグ心臓オルガノイドは、ペトリ皿内で成長するにつれて奇妙なことにポンプで送り出される。

心臓に損傷を負ったラットに移植すると、それらは球形を失い、損傷領域に広がり、宿主自身の心臓細胞と結合した。 1 か月以内に、ラットは心臓機能のほとんどを回復しました。

それはSFではありません。 今月の新しい研究では、デジタル電気部品と生体細胞を結び付けてサイボーグオルガノイドを作り、心不全の動物モデルに移植すると、生きた鼓動する心臓と融合して修復した。

この技術の中心となるのは（冗談ですが）、電気的に活性な生分解性シリコン ナノワイヤです。 心臓細胞はその動きを電気活動のビートに同期させ、標準的な「バブッ、バブッ」というリズムを生み出します。 オルガノイドにナノワイヤを注入すると、交響曲の指揮者として機能し、実験室で作製したミニ心臓が宿主とよりよく同期できるようになった。

標準的な心臓オルガノイド（ナノワイヤによるブーストなしでまったく同じ方法で成長）と比較して、サイボーグ心臓オルガノイドは、心臓発作後の心臓内の過酷な化学環境によく耐えることができました。 また、回復中に宿主とのつながりも良くなり、心臓損傷後によく見られる有害な副作用と闘いました。

今のところ、サイボーグ心臓オルガノイド移植はラットでのみ機能します。 しかし、それはほんの始まりにすぎません。

心は兵士です。 生まれてから死ぬまで、熱心に収縮と放出を繰り返して、酸素を含んだ血液を体の他の部分に送り出します。 これは生物学上の驚異であり、百寿者でも忠実に 100 年以上持続します。これは、ほとんどの人工ハードウェア装置よりもはるかに長く続きます。

しかし、心臓は故障点でもあります。 心臓病は世界中で主な死因となっています。 主な理由は、心筋細胞（収縮する心臓の「筋細胞」）の再生能力が非常に限られていることです。 心臓発作によって損傷を受けると、損傷領域の周囲で瘢痕組織が徐々に成長し、最終的には心臓の収縮能力が制限されます。

科学者たちは長い間、新しい健康な細胞を使って心臓病を治療することを模索してきました。 一般的なアイデアの 1 つは、ヒト幹細胞を誘導して置換心筋細胞に成長させることです。 研究室で作られた心筋細胞が損傷部位に注入されます。 科学者は、げっ歯類、ブタ、ヒト以外の霊長類を含む心臓病のさまざまな動物モデルでこの治療法をテストしました。 しかし、健康な細胞は、敵対的な環境に直面すると、生き残るために苦労します。 そうした患者は心臓の損傷から確実に回復できず、不整脈（心臓の異なる部分が同期したリズムで拍動できない場合に起こる不規則な心拍）に関する潜在的な問題を引き起こす可能性がある。

オルガノイドの登場です。 これらの構造は、遺伝子とさまざまな細胞型の両方において元の構造を大まかに模倣しています。 実験室の皿の中で培養される組織の 3D 塊は、新薬をテストしたり、心臓発作による損傷を修復する方法など、体内での仕組みに関する理論を発展させたりするための代理臓器として広く使用されています。 しかし、それらは損傷した組織を置き換える可能性も秘めており、脳損傷に関してすでに研究されています。

心臓にも効くのでしょうか？

2017 年に遡り、研究チームは、さまざまな種類の細胞のシチューを組み合わせた心臓オルガノイドと呼ばれるミニ心臓を構想しました。 栄養価の高い「スープ」の中でかき混ぜると、細胞は酸素の運搬を助ける血管網などのミニ心臓オルガノイドに組織化される。 しかし、同期という重要なコンポーネントが欠けていました。 指揮者のいない才能あるオーケストラのように、出来上がったミニハートにはビートの調子を保つための「パルス」が必要でした。

ナノワイヤーの登場です。 剃り落とされた粗い短い髪を想像してください。 これらのテクノロジーの魔法は、電気を通すシリコンでできています。 以前の金または炭素ベースのナノワイヤと比較して、それらははるかに生体適合性が高く、体内で溶解します。