Stamcellsteknik hopp för nyfödda med missbildad diafragma

Forskare har lyckats skapa ny diafragmavävnad på råttor med hjälp av stamcellsteknik. Framgången skapar hopp om att kunna reparera medfödda missbildningar av diafragman hos spädbarn. Forskarna tror också på möjligheter att i framtiden kunna reparera skadad hjärtvävnad med samma teknik.

Ett internationellt multidisciplinärt forskarlag har förmått stamceller att växa på en tredimensionell biologisk stomme som när den transplanterats och integrerats i kroppen uppvisat samma komplexa funktion som en diafragmamuskel.

Diafragman består av muskellager som på grund av andningen ständigt måste kontrahera (dras ihop) och slappna av. Diafragman har också en viktig funktion när man sväljer och fungerar som en barriär mellan bröstkorgen och buken. Hos 1 av 2 500 nyfödda förekommer missbildningar i form av hål i diafragman, vilket kan orsaka mycket svåra eller livshotande tillstånd.

Biologiska transplantat
I dagsläget åtgärdas sådana missbildningar vid operation, där man använder ett konstgjort material som inte följer barnets tillväxt och som inte kan kontrahera för att stödja andningen. Den nya teknik som nu presenteras inger enligt forskarna hopp om att kunna reparera skadad diafragma med ett biologiskt transplantat som utvecklats från barnens egna celler. Transplantatet kan konstrueras speciellt för spädbarn och ge samma funktion som normal diafragmavävnad och dessutom växa när barnet växer.

— Att med bioteknik skapa en fungerande muskel är ett spännande steg mot vårt mål att återskapa hela och komplexa organ, säger Paolo Macchiarini. Resultatet av denna studie ger också hopp om framtida möjligheter att kunna reparera skadad hjärtvävnad, som liksom en diafragma kontinuerligt spänns och slappnar av. Jag tror också att det finns potential att i framtiden skapa hela organ med den här tekniken.

Odla nya organ
En del av forskningen inom regenerativ medicin handlar om att ”odla” nya organ där stamceller fästs på tredimensionella stommar. Dessa ger struktur och form för den nya vävnaden och fungerar som en sorts vägvisare för nya cellers utveckling och utbredning på ytan. Den yttersta potentialen i den här stamcellsbaserade terapin är att undvika livslång behandling med immundämpande läkemedel vilket används vid konventionell organtransplantation.

I den aktuella studien tog forskarna diafragmavävnad från råttor och avlägsnade alla levande celler därifrån. På så sätt tar man bort det som kan orsaka avstötning i mottagardjuret samtidigt som man får en stomme med rätt form och struktur som stamcellerna sedan får växa på. Vid laboratorieförsök verkade de avcellulariserade stommarna till en början ha förlorat den elasticitet som krävs för att diafragman ska kunna kontrahera och slappna av under lång tid. Men när stommarna därefter täcktes med stamceller från benmärg, och fått integreras med mottagarens vävnad, fungerade transplantaten lika bra som friska organ.

Svårt odla diafragma
— Hittills har försök att odla och transplantera ny vävnad utförts på mindre komplicerade organ som urinblåsa, luftrör och matstrupe. Att skapa ny muskelvävnad på en diafragma, som ständigt måste växla mellan sammandragning och avslappning, ställer avsevärt högre krav på den stomme som cellerna ska växa på. Fram till nu har ingen vetat om det skulle fungera, säger Doris Taylor, forskningsledare för regenerativ medicin vid Texas Heart Institute i Houston.

Nu krävs forskning på större djur innan metoden kan prövas på människor. Men förhoppningen är att med odlad vävnad kunna reparera medfödda missbildningar av diafragma minst lika effektivt som med dagens kirurgi där man använder konstgjorda material, men med fördelen att transplantatet följer barnets tillväxt genom hela livet.

Studien har finansierats med medel från Bioengineering of Tracheal Tissue och The Government of the Russian Federation Grant.

Det internationella multidisciplinära forskarlaget har letts av Paolo Macchiarini, senior forskare i regenerativ medicin vid Karolinska Institutet. I samarbetet ingår forskare från Kuban State Medical University i Krasnodar Ryssland, Texas Heart Institute i Houston och Illinois College of Medicine i Peoria, USA.

Publikation
Orthotopic transplantation of a tissue engineered diaphragm in rats. Gubareva EA, Sjöqvist S, Gilevich IV, Sotnichenko AS, Kuevda EV, Lim ML, Feliu N, Lemon G, Danilenko KA, Nakokhov RZ, Gumenyuk IS, Grigoriev TE, Krasheninnikov SV, Pokhotko AG, Basov AA, Dzhimak SS, Gustafsson Y, Bautista G, Beltrán Rodríguez A, Pokrovsky VM, Jungebluth P, Chvalun SN, Holterman MJ, Taylor DA, Macchiarini P. Biomaterials. 2015 Nov 14;77:320-335. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.11.020. [Epub ahead of print]

För ytterligare information
Paolo Macchiarini, MD, PhD,  Karolinska Institutet. Tel: +46 76-050 32 13, paolo.macchiarini@ki.se