Die komplizierte anatomische Struktur und die hohe Zelldichte des Herzmuskels erschweren das Bioengineering von durchlässigen Gefäßnetzen im Herzgewebe. In-vivo-Studien an Neugeborenen zeigten bereits die Schlüsselrolle der ansässigen Herzmakrophagen bei der Regeneration und Angiogenese nach Verletzungen.
Die vorliegende Studie bestätigt nun in einem Herz-on-a-Chip-Modell, dass primitive Makrophagen eine entscheidende Rolle bei der Gefäßbildung und Regeneration von kardialem Gewebe spielen. Hierzu integrierten die Autoren aus humanen pluripotenten Stammzellen abgeleitete primitive Dottersack-ähnliche Makrophagen in vaskularisierte Heart-on-Chip-Plattformen.
Die primitiven Makrophagen verbesserten bis zu 2 Wochen nach der Kultivierung die Funktionalität und Perfusion von Mikrogefäßen, reduzierten Gewebeschäden und förderten die Freisetzung von pro-angiogenen und herzschützenden Faktoren. Sie verringerten die Gewebezytotoxizität und die Freisetzung zellfreier mitochondrialer DNA (mtDNA), während sie die Sekretion von pro-angiogenen, matrixumbauenden und kardioprotektiven Zytokinen hochregulierten.
Die Sequenzierung der gesamten RNA (RNA-seq) ergab eine Hochregulierung von Genen für die Herzreifung und Angiogenese. Darüber hinaus deuten – laut den Autoren – Einzelkern-RNA-Sequenzierung (snRNA-seq) und Sekretomdaten darauf hin, dass Makrophagen Stromazellen für die Gefäßentwicklung vorbereiten, indem sie die Expression von Insulin-ähnlichem Wachstumsfaktor-Bindungsprotein 7 (IGFBP7) und Hepatozyten-Wachstumsfaktor (HGF) induzieren.
Diese Ergebnisse unterstreichen die wichtige Rolle der primitiven Makrophagen bei der langfristigen Vaskularisierung des Herzgewebes und eröffnen neue Perspektiven für die Herzgewebetherapie und die Weiterentwicklung von Organ-on-a-Chip-Technologien.
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