Magnetický moment podporuje zrání srdečních organoidů a napodobuje vývoj srdce

Onemocnění srdce zůstává celosvětově hlavní příčinou úmrtí, ale pokrok v porozumění a léčbě srdečních poruch je omezen nedostatky existujících experimentálních modelů. Tradiční zvířecí modely často nedokážou zachytit srdeční biologii specifickou pro člověka, zatímco konvenční dvourozměrné buněčné kultury postrádají funkční a strukturální složitost srdeční tkáně. Tyto výzvy podnítily rostoucí zájem o přístupy regenerativní medicíny, které přesněji modelují vývoj lidského srdce, mechanismy onemocnění a terapeutické reakce, přičemž srdeční organoidy odvozené z kmenových buněk se objevují jako slibná platforma.

Tyto trojrozměrné, samoorganizující se tkáně rekapitulují klíčové aspekty raného srdečního vývoje a umožňují studium vrozených srdečních vad, kardiotoxicity vyvolané léky a personalizované terapie. Navzdory svému slibu zůstává většina srdečních organoidů vývojově nezralá a špatně vaskularizovaná, což omezuje jejich translační význam. Toto omezení vyplývá ze skutečnosti, že mechanické síly jsou nezbytné pro vývoj srdce naživu nejsou dostatečně reprodukovány v organoidních systémech.

K vyřešení této mezery tým výzkumníků vedený profesorem Yongdoo Parkem z Katedry biomedicínských věd Korejské univerzity v Korejské republice zkoumal, zda aplikace stimulace magnetického točivého momentu (MTS) na trojrozměrné srdeční organoidy může pomoci napodobit mechanické síly, které se vyskytují během raného vývoje srdce. Studie byla zpřístupněna online dne 23. října 2025 a publikována ve svazku 208 časopisu Acta Biomaterialia prosince 2025.

Výzkumníci použili experiment in vitro přístup ke zkoumání, jak mechanická stimulace ovlivňuje vývoj srdečních organoidů. Člověk embryonální kmenové buňky byly diferencovány na trojrozměrné srdeční organoidy, které byly inkorporovány s povrchově vázanými magnetickými částicemi. Vlastní magnetický točivý moment byl aplikován během definovaného raného vývojového okna k napodobení fyziologické srdeční mechaniky. Zrání organoidů a vaskularizace byly hodnoceny pomocí molekulárních, strukturálních a funkčních analýz, včetně profilování genové a proteinové exprese, imunofluorescenčního zobrazování, měření tepové frekvence a kalciových přechodných měření a transkriptomické analýzy, umožňující systematické hodnocení srdečního vývoje řízeného mechanotransdukcí.

Zjištění odhalila, že mechanický točivý moment významně zvýšil zrání srdečních organoidů. „Točivým momentem stimulované aktivované mechanotransdukční dráhy s doprovodným zlepšením srdeční diferenciace, zrání a vaskularizace,„ říká prof. Park.

Mechanicky vyzrálé srdeční organoidy představují slibnou platformu pro zlepšení testování bezpečnosti léků tím, že poskytují přesnější, pro člověka relevantní modely pro screening kardiotoxicity a snižují spoléhání se na studie na zvířatech. Protože tyto organoidy obsahují vaskulární rysy, mohou sloužit jako spolehlivé a reprodukovatelné laboratorní modely v různých studiích. Z dlouhodobého hlediska by srdeční organoidy stimulované točivým momentem mohly podporovat modelování onemocnění specifického pro pacienta a personalizované léčebné strategie a zároveň nabízet výkonný systém pro objasnění toho, jak mechanické, molekulární a buněčné podněty interagují při formování raného vývoje lidského srdce. Jak srdeční organoidy dozrávají a zahrnují vaskulární komplexitu, nabízejí stále spolehlivější modely založené na lidech, které lze konzistentně používat napříč laboratořemi.

„Naše studie otevírá nové cesty pro studium srdečního vývoje, mechanizmů onemocnění a terapeutických reakcí v systémech, které blíže odrážejí lidskou fyziologii. Kromě toho platforma poskytuje spolehlivý a reprodukovatelný model, který lze také rozšířit na další organoidní systémy, ve kterých mechanické podněty hrají klíčovou regulační roli. Snížením závislosti na zvířecích modelech mohou takové platformy urychlit rozhodování o léčbě a testování a přispějí k bezpečnějšímu uzavírá prof. Park.