Singapura Buka Pusat Sel Stem untuk Mengkaji Penyakit Jantung dalam Kalangan Penduduk Asia dan Menyesuaikan Rawatan

Sampel Darah 5ml Membuka Perspektif Baharu tentang Penyakit Jantung

Singapura telah membuka pusat pertamanya yang khusus untuk penyelidikan sel stem berkaitan penyakit jantung dalam kalangan penduduk Asia, berasaskan perpustakaan National Heart Centre Singapore (NHCS) yang mengandungi lebih 40 model penyakit daripada sel pesakit. Matlamatnya adalah untuk memahami sebab penyakit jantung memberi kesan berbeza kepada pesakit Asia dan mencari rawatan yang lebih sesuai dengan biologi mereka.

Centre for Integrative Human Cell Research and Translation (CIPHER) dilancarkan pada 16 Oktober oleh Menteri Negara Kanan bagi Kesihatan Tan Kiat How di majlis NHCS Heart to Heart Gala keenam di The Ritz-Carlton Millenia Singapore. Para penyelidiknya boleh memulakan kajian dengan hanya 5ml darah, memprogram semula sel daripada sampel itu menjadi sel stem, kemudian membiakkannya menjadi sel otot jantung yang berdenyut untuk dikaji di makmal.

Timbalan pengarah CIPHER, Chrishan Ramachandra, yang juga penyiasat utama di National Heart Research Institute Singapore (NHRIS) dan NHCS, berkata pesakit Asia menghidap penyakit jantung pada usia lebih muda, menunjukkan corak penyakit yang berbeza dan cenderung mengalami kesudahan yang lebih buruk berbanding pesakit Barat. Namun, banyak penyelidikan yang menjadi asas rawatan bergantung pada haiwan dan biologi Barat.

Pusat itu menggabungkan beberapa cabang kerja: model yang membawa ciri penyakit pesakit individu, pengujian ubat pada sel manusia dan ruang jantung mini yang direka untuk meniru ciri terpilih jantung yang gagal berfungsi. Seiring dengan pelancaran itu, sumbangan berasingan sebanyak $2.5 juta menubuhkan jawatan profesor bagi menyokong penyelidikan pembedahan jantung dan toraks serta melahirkan pemimpin pembedahan masa depan.

Mengapa Mengkaji Biologi Pesakit Asia?

Komuniti Cina, Melayu dan India di Singapura memberi peluang kepada penyelidik untuk meneliti penyakit kardiovaskular merentas populasi Asia yang berbeza. Pengarah CIPHER, Derek Hausenloy, berkata kepelbagaian itu membolehkan pusat berkenaan mengkaji kemunculan penyakit dalam kumpulan etnik tertentu, dan bukannya menganggap pesakit Asia sebagai satu kategori biologi yang seragam.

Penyelidik mahu mengenal pasti proses yang mendorong perbezaan tersebut. Model penyakit boleh membantu mereka meneliti tingkah laku sel jantung, cara sel menggunakan tenaga dan tindak balasnya terhadap ubat. Pemerhatian itu boleh menunjukkan sasaran rawatan, iaitu proses biologi yang mungkin diubah oleh ubat.

Keperluannya besar. Angka yang dipetik semasa pelancaran menunjukkan kira-kira 23 kematian akibat penyakit jantung dan strok berlaku setiap hari di Singapura, dengan penyakit kardiovaskular menyumbang satu daripada tiga kematian pada 2025. Tugas CIPHER adalah menterjemahkan pemahaman yang lebih terperinci tentang biologi pesakit kepada pilihan penjagaan yang berguna.

Bagaimana Sel Darah Menjadi Sel Jantung yang Berdenyut

Penyelidik menggunakan proses yang dipanggil pemprograman semula untuk menukar sel khusus menjadi sel stem pluripoten teraruh. Sel stem ini kemudiannya boleh diarahkan untuk berkembang menjadi jenis sel lain, termasuk sel otot jantung. Secara ringkas, saintis menetapkan semula identiti sel sebelum membimbingnya ke arah fungsi yang berbeza.

Oleh itu, sampel darah membolehkan penyakit jantung pesakit dikaji tanpa mengambil sampel daripada jantung itu sendiri. Sel yang terhasil mengekalkan latar belakang genetik pesakit dan boleh menghasilkan semula ciri keadaannya di makmal.

Ramachandra menjelaskan nilai pendekatan itu:

"Apabila kami membiakkan sel otot jantung daripada darah pesakit sendiri dan memerhatikannya berdenyut di dalam piring, sambil membawa penyakit pesakit itu, kami melihat sesuatu yang tidak dapat ditiru oleh mana-mana model haiwan," kata Chrishan.

Peralihan kepada penggunaan sampel darah juga memudahkan proses pengambilan sampel bagi pesakit. Pada Disember 2023, Ramachandra menjelaskan bahawa pasukannya tidak lagi mengambil sampel kulit kerana prosedur itu bersifat invasif dan boleh meninggalkan parut kecil. Sebaliknya, darah boleh diambil ketika pesakit hadir untuk pemeriksaan.

Lebih 40 Model Menjadi Asas Perpustakaan Penyelidikan

NHCS telah membangunkan lebih 40 model daripada pesakit, yang menjadi asas program penyelidikan CIPHER. Model itu merangkumi keadaan seperti kegagalan jantung, gangguan aritmogenik dan kardiomiopati.

Kegagalan jantung bermaksud jantung tidak dapat membekalkan darah secekap yang diperlukan oleh tubuh. Kardiomiopati ialah penyakit otot jantung, yang mungkin meregang, menebal atau menjadi kaku. Perubahan ini boleh menyukarkan jantung mengepam darah.

Keadaan aritmogenik yang diwarisi dan dihuraikan oleh penyelidik melibatkan kegagalan sel otot jantung untuk kekal bercantum dengan baik, lalu secara beransur-ansur digantikan oleh tisu parut dan lemak. Perubahan sedemikian boleh mengganggu isyarat elektrik yang memastikan degupan jantung teratur.

Perpustakaan yang merangkumi pelbagai keadaan memberi para saintis beberapa cara untuk menyiasat penyakit. Mereka boleh mengkaji perkara yang tidak kena pada sel, membandingkan tindak balas terhadap rawatan berpotensi dan mencari ciri biologi yang dikaitkan dengan tindak balas lebih baik.

Menguji Ubat Sebelum Diberikan kepada Pesakit

Hausenloy berkata platform sel CIPHER boleh digunakan untuk menguji ubat serta mengkaji kesannya terhadap fungsi jantung dan metabolisme, iaitu proses kimia yang membolehkan sel memperoleh dan menggunakan tenaga. Matlamatnya adalah untuk mengenal pasti rawatan dengan lebih tepat, termasuk pesakit yang mungkin mendapat manfaat.

Sesuatu ubat mungkin membantu seorang pesakit tetapi kurang berkesan bagi pesakit lain. Mengujinya pada sel yang dibiakkan daripada sampel pesakit boleh membantu penyelidik mengkaji perbezaan itu sebelum pesakit terdedah kepada ubat yang tidak berkesan atau kesan sampingan yang tidak diingini.

Dalam konteks ini, rawatan peribadi bermaksud menyesuaikan penjagaan dengan lebih dekat kepada biologi individu. Penyelidikan yang sama juga boleh memberi manfaat lebih luas: penemuan mekanisme penyakit yang dikongsi ramai pesakit boleh membawa kepada rawatan yang berguna untuk kumpulan lebih besar.

Pengumuman pelancaran itu tidak menyatakan jadual bila model CIPHER akan digunakan untuk panduan preskripsi rutin atau menghasilkan rawatan baharu yang diluluskan. Kerja semasa tertumpu pada pemahaman penyakit dan pengujian terapi berpotensi.

Manfaat Model Jantung Manusia dalam Balang

CIPHER juga bekerjasama dengan syarikat biofarmaseutikal peringkat klinikal Medera Inc. dalam projek Human Heart-in-a-Jar, iaitu ruang ventrikel manusia kejuruteraan bio yang kira-kira sebesar hujung jari. Ventrikel ialah salah satu ruang pengepam utama jantung. Model mini itu direka untuk meniru ciri terpilih penyakit jantung.

Kerja terdahulu yang dihuraikan pada Disember 2023 melibatkan NHCS dan syarikat bioteknologi sel stem Novoheart. Projek itu memberi tumpuan kepada penciptaan model mini daripada pesakit Asia yang mengalami kegagalan jantung, menggunakan sel yang dibiakkan daripada darah mereka.

Proses pembinaannya menambahkan struktur fizikal di sekeliling sel. Penyelidik meletakkan sel dalam gel yang mengandungi kolagen dan bahan sokongan, kemudian membentuk campuran itu mengelilingi acuan. Apabila sel membentuk tisu dan acuan dikeluarkan, ruang berongga yang boleh berdenyut dan mengepam akan terbentuk.

Ruang itu membolehkan penyelidik membuat pengukuran selain memerhatikan denyutan sel individu di dalam piring. Mereka boleh meneliti pengecutan, pengenduran dan tekanan, iaitu ciri yang berkait secara langsung dengan tugas jantung mengalirkan darah ke seluruh tubuh. Semasa pelancaran CIPHER, model mini itu disifatkan sebagai yang pertama seumpamanya di Asia.

Tumpuan pada Jantung yang Sukar Terisi dengan Darah

Projek yang dihuraikan pada Disember 2023 menyasarkan kegagalan jantung dengan fraksi ejeksi terpelihara, keadaan yang dikatakan merangkumi separuh daripada kes kegagalan jantung. Fraksi ejeksi mengukur bahagian darah yang dipam keluar dari ventrikel pada setiap denyutan.

Dalam bentuk kegagalan jantung ini, bahagian tersebut boleh kekal dalam julat normal sedangkan otot jantung terlalu kaku untuk mengendur dan terisi dengan baik. Oleh itu, jantung mungkin masih mampu mengecut dengan agak baik tetapi tetap mengalirkan darah yang terlalu sedikit untuk memenuhi keperluan tubuh.

Ruang mini yang mengecut dan mengendur menawarkan cara untuk mengkaji masalah itu. Penyelidik berharap pengukuran tekanan dan pemerhatian lain akan membantu mereka meniru penyakit dengan lebih tepat serta mengenal pasti ubat yang berpotensi.

NHCS menerima anugerah $5 juta daripada Industry Alignment Fund – Industry Collaboration Project milik Agency for Science, Technology and Research untuk penemuan ubat bagi pesakit Asia yang mengalami kegagalan jantung. Laporan Disember 2023 turut menyatakan kegagalan jantung merangkumi 17 peratus kemasukan ke hospital awam atas sebab kardiak, sekali gus menunjukkan skala keperluan klinikal.

Akar Penyelidikan Bermula pada 2009

CIPHER dibina berasaskan kerja yang bermula lama sebelum pusat baharu itu dibuka. Dalam pengumuman penyelidikannya pada 2011, yang diterbitkan pada 15 September, NHCS mendokumentasikan penghasilan sel otot jantung yang berdenyut daripada kulit pesakit menggunakan kaedah yang tidak menggunakan virus untuk menghasilkan sel stem pluripoten teraruh.

Projek itu telah berjalan sejak 2009. Pasukannya terdiri daripada 15 anggota, termasuk tiga saintis klinisian dan lima saintis penyelidikan, dengan sokongan geran National Research Foundation yang berjumlah hampir $9 juta untuk tempoh lima tahun. NHCS mengenal pasti pemodelan penyakit dan pengujian ubat peribadi sebagai kegunaan yang berpotensi.

• 2009: Pasukan NHCS memulakan projek sel stem yang kemudian dihuraikan dalam pengumuman rasminya.
• 15 September 2011: NHCS mengumumkan penghasilan sel jantung berdenyut daripada kulit pesakit.
• 4 Disember 2023: Projek jantung mini dihuraikan dengan tumpuan kepada pesakit Asia dan kegagalan jantung dengan fraksi ejeksi terpelihara.
• 16 Oktober: CIPHER dilancarkan dengan asas penyelidikan yang merangkumi lebih 40 model daripada pesakit.

Pengumuman 2011 menganggarkan kira-kira 5,000 kemasukan ke hospital akibat kegagalan jantung setiap tahun di Singapura, dengan NHCS merawat sekitar 1,000 kes. Angka sejarah itu membantu menjelaskan sebab penyelidik mencari cara untuk mengkaji otot jantung yang rosak dan tindak balas individu terhadap ubat.

Sumbangan $2.5 Juta Menyokong Penyelidikan Pembedahan

SingHealth Duke-NUS Academic Medicine Centre turut mengumumkan Tong Ming Chuan Professorship in Cardiothoracic Surgery semasa pelancaran itu. Jawatan profesor tersebut dibiayai oleh sumbangan $2.5 juta daripada Tong dan akan dianugerahkan oleh Duke-NUS Medical School di bawah Cardiovascular Sciences Academic Clinical Programme.

Tong, pakar bedah kardiotoraks dan vaskular dalam amalan swasta di Mount Elizabeth Medical Centre serta perunding pelawat di NHCS, membantu merintis prosedur kardiak semasa berkhidmat di Singapore General Hospital dari 1981 hingga 1992. Beliau terlibat dalam pemindahan jantung pertama Singapura pada 1990 dan merupakan sebahagian daripada pasukan yang melakukan pemindahan paru-paru pertama negara itu pada 2000.

Jawatan profesor itu bertujuan menyokong penyelidikan pembedahan, kecemerlangan klinikal dan pembangunan pemimpin pembedahan masa depan. Ketua eksekutif NHCS, Yeo Khung Keong, menyifatkan jawatan profesor itu dan CIPHER sebagai komitmen yang saling melengkapi: satu meletakkan penyelidikan saintifik berasaskan biologi pesakit, manakala satu lagi melahirkan pakar bedah yang mampu membawa kemajuan ke dalam penjagaan.

Tan Kiat How, Menteri Negara Kanan bagi Kesihatan yang melancarkan CIPHER, meletakkan usaha itu dalam konteks tumpuan Singapura yang lebih besar terhadap pencegahan, intervensi lebih awal serta usaha membantu orang ramai kekal sihat dan berdikari. Beliau menjelaskan cara inovasi patut dinilai:

Inovasi boleh menyokong peralihan ini, tetapi nilainya tidak diukur berdasarkan kecanggihan sesuatu teknologi. Nilainya diukur berdasarkan perubahan yang dibawanya kepada pesakit.

Perkara Utama

• CIPHER dibuka pada 16 Oktober untuk mengkaji penyakit kardiovaskular dalam kalangan penduduk Asia menggunakan model sel stem manusia.
• Penyelidik boleh menggunakan sampel darah 5ml untuk menghasilkan sel stem, kemudian sel otot jantung yang berdenyut.
• Lebih 40 model NHCS daripada pesakit menjadi asas penyelidikan pusat itu.
• Ruang jantung mini membolehkan penyelidik mengkaji pengepaman, pengenduran dan tekanan sambil menguji rawatan berpotensi.
• NHCS mendokumentasikan kerja terdahulu yang menghasilkan sel jantung berdenyut daripada kulit pada September 2011.
• Sumbangan berasingan sebanyak $2.5 juta menubuhkan Tong Ming Chuan Professorship in Cardiothoracic Surgery.