Studerende har bygget bioreaktor til dyrkning af ægte hjerteklapper

Bioreaktoren er mere mobil end forgængerne. Illustration: Buster Skyum/AU

Omkring 1.600 danskere får hvert år indsat eller udskiftet en kunstig hjerteklap under fuld narkose.

Mens hjerter og lunger kortvarigt bliver sat ud af drift, får de indopereret enten en mekanisk hjerteklap, primært af metal, eller en modificeret biologisk hjerteklap, typisk taget fra en gris.

Drømmen for forskerne er imidlertid at droppe metallet og grisene og i stedet dyrke hjerteklapper skabt af patientens egne celler.

Sådanne hjerteklapper ville kunne holde livet ud i stedet for, som ved de biologiske, at skulle udskiftes med 10 til 20 års mellemrum. Samtidig slipper man for frygten for blodpropper, som de mekaniske øger risikoen for.

Læs også: Dansk gennembrud: 3D-hjertescanner kan spotte enkelte celler

Giver de rette stimuli

Et skridt på vejen mod sådanne hjerteklapper er en bioreaktor, som sørger for, at stamcellerne får de rigtige stimuli, så de rent faktisk udvikler sig til hjerteklapper og ikke til andre typer væv, og en sådan bioreaktor har Buster Skyum fra Aarhus Universitet bygget i løbet af sit speciale.

»Reaktoren skal genskabe det miljø, der er omkring hjertet. Den simulerer, hvordan hjertet trækker sig sammen, og det øger sandsynligheden for, at de stamceller, man fylder på, får de rette stimuli til at udvikle sig til lige netop hjerteklapceller,« siger han om reaktoren, som stadigvæk skal finpudses – formentlig af næste specialeskrivende i rækken – men som allerede udviser stort potentiale.

Reaktoren er nemlig bygget op af et luftkammer i bunden, og oven over sidder et væskekammer. De to kamre er adskilt af en silikonemembran. Når der bliver skudt luft ind, bliver membranen skudt opad og flytter væsken op gennem hjerteklappen (se figur).

Læs også: Læger indberetter dobbelt så mange fejl på implantater, pacemakere og kunstige hofter

Den nederste del af bioreaktoren består af et luftkammer (A) og et ventrikel-kammer (B), som er adskilt af en tynd diaphragma-membran (C). Den øverste del består af en monteringsdel (E) til hjerteklappen (F), som leder videre til compliance-kammer (G og H). Den indre del vil være næsten fyldt væske (G), mens den ydre del vil være tom (H). Den nedre og øvre del er adskilt af en plade med huller, som tillader recirkulation af væsken. På undersiden af pladen er monteret en silikonemembran, der sikrer et cirkulerende envejs flow (D). Illustration: Buster Skyum/AU

Billigere i drift

Næste version skal have et mere forfinet pumpesystem og kunne gøres steril. Men på instituttet er der enighed om, at de har et solidt udgangspunkt.

Reaktorer af denne slags findes mange steder i forvejen, og der står også allerede en på Aarhus Universitet, som forskerne kan udføre hjerteklapforsøg på. Men typisk er der tale om kæmpe maskiner, som også skal fodres med store mængder dyre næringsstoffer under stimuleringen.

Buster Skyums vejledere efterlyste derfor en mere mobil model, som var billigere i drift, og det er lykkedes, understreger han.

»Den, vi havde i forvejen, skulle bruge 10 liter næringsstoffer, som cellerne skal bruge for at gro, og det er ret dyrt. Min bruger kun 600 ml, så der er meget at spare,« siger han.

Læs også: Læger: Implantater bør testes meget bedre, før de tages bredt i brug

Kan bruges til tests

Desuden, forklarer han, har han i forhold til en del forløbere skruet op for stimuli for at simulere et rigtigt miljø omkring et hjerte bedre. Er belastningen ikke stor nok, vil stamcellerne ikke modne tilstrækkeligt.

Der er dog stadigvæk lang vej mod de ’ægte’ hjerteklapper. Forskerne, der kæmper med udfordringen i hele verden, har endnu ikke fundet det helt perfekte biomateriale til at bygge eller 3D-printe den struktur, stamcellerne skal vokse i. Ej heller har de fået hånd om de rigtige stamceller, som skal gøre udslaget.

I mellemtiden behøver Buster Skyums reaktor dog ikke at samle støv på universitetet, for forskerne kan bruge reaktoren til at teste eksisterende hjerteklapper på.

»Når man laver de kunstige hjerteklapper, skal man teste, hvordan de ’performer’. Derfor er det også vigtigt her, at stimuli er så naturtro som muligt,« siger Buster Skyum.