ヒト心筋の再生、実験室作製のペースメーカー、心臓オンチップが心臓研究の突破口に

研究者らは、心臓発作後のヒト心筋細胞が再生できることを初めて実証し、世界初の実験室培養洞結節を作製し、細胞レベルで心臓の活動を追跡できる拍動する「心臓オンチップ」を開発した。これらの進歩は、世界の死因第1位である心血管疾患の新たな治療法や研究法につながる可能性がある。

学術誌『Circulation Research』に掲載された研究で、シドニー大学、ベアード研究所、ロイヤル・プリンス・アルフレッド病院の科学者らは、心臓発作後に心筋細胞が再生できることを発見した。これは従来マウスでのみ観察されていたプロセスである。細胞が分裂・増殖するプロセスである有糸分裂の増加が、ヒトの心臓組織において初めて確認された。この研究では、バイパス手術中に生きた患者から採取した組織を、心臓の病変部と健常部の両方のサンプルを用いて分析した。心臓発作はヒトの心臓の最大3分の1の細胞を破壊する可能性があり、生存率は向上しているものの、多くの患者が心不全を発症する。心不全は移植によってのみ治癒できる状態である。オーストラリアでは約14万4000人が心不全を抱えて暮らしているが、年間に実施される心臓移植は約115件のみである。この研究では、マウスの心臓再生に関与することがこれまで示されてきたいくつかのタンパク質を特定し、心臓が新しい細胞を産生する自然な能力を増幅する治療法の開発を目指している。

一方、上海の科学者らは、心臓の自然なペースメーカーとして機能する小さな構造である洞結節を、世界で初めて実験室で作製した。チームはヒト多能性幹細胞を用いて、自律的に拍動する3次元オルガノイドを構築した。右心房内に存在する洞結節は、心房と心室がいつ収縮すべきかを決定する電気信号を継続的に送信する。洞結節が機能不全に陥ると、心拍が危険なレベルまで遅くなったり、完全に停止したりする可能性がある。研究者らによると、このオルガノイドは心臓病研究と薬剤スクリーニングを一変させる可能性がある。

別の進歩として、カナダの複数の機関の科学者らが、自発的に拍動し、一般的な薬剤に対して予測どおりに反応する三次元の「心臓オンチップ（HOC）」を作製した。これは、心臓組織全体の活動を細胞レベルまでリアルタイムで追跡する二重センシングプラットフォームを組み込んだ初のものである。研究者らはラットから心筋細胞と結合組織細胞を採取し、ゲル状マトリックス内のシリコンチップ上に播種し、2種類のセンサーを埋め込んだ。各心拍で変形して収縮力を測定する弾性ピラーと、平均50マイクロメートルのハイドロゲル微小センサーで、細胞レベルの局所的な機械的応力を捉える。心臓の活動を高めるノルエピネフリンと、筋肉活動を阻害するブレビスタチンを用いた試験は予測どおりに作用し、HOCの薬剤スクリーニングにおける可能性が実証された。チームは次に、拡張型心筋症や不整脈の患者由来の細胞を用いて疾患をシミュレーションする計画であり、長期的には、治療前に各患者に最も効果的な薬剤を特定するためにHOCを使用することを目指している。この研究は学術誌『Nano Micro Small』に掲載された。