Jianyi "Jay" Zhang, MD, Ph.D., trajo su experiencia en ingeniería biomédica a la Universidad de Alabama en Birmingham para arreglar los corazones.
Su sueño, y el sueño de otros expertos en el corazón en las principales universidades de investigación de todo el mundo, es crear nuevo tejido que pueda reemplazar o proteger el músculo dañado después de un ataque cardíaco.
Zhang ya dio un paso importante hacia ese objetivo cuando él y sus colegas protegieron a los cerdos de la insuficiencia cardíaca posterior al ataque cardíaco. Como se describe en su 2014 Célula madre celular papel, los investigadores colocaron una estera de fibrina sobre el área donde el músculo había muerto e inyectaron tres tipos de células cardiovasculares debajo de la estera. Esto es algo similar a comenzar un nuevo césped al esparcir semillas de hierba debajo de una capa protectora de heno. La fibrinaayudó a algunas de las células inyectadas a sobrevivir y crecer, y a su vez protegieron al corazón de daños mayores.
Mientras el colega de Zhang en la Universidad de París Descartes, Philippe Menasché, MD, Ph.D., actualmente está probando este enfoque en cinco pacientes, Zhang está lanzando un nuevo esfuerzo en ingeniería biomédica para mejorar la reparación del corazón, con el apoyo de un nuevo $ 3millones de subvenciones del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre del NIH.
En lugar de inyectar células individuales y esperar que tomen semillas, Zhang planea construir y cultivar robóticamente una esterilla de tejido cardíaco hecha de células individuales, utilizando una impresora 3-D personalizada. Los cirujanos colocarán esta esterilla personalizada de células vivas sobre eltejido muerto, infartado del corazón, algo parecido a comenzar un nuevo césped colocando césped.
"Haremos nuestra propia impresora, utilizando expertos en maquinaria, expertos en robótica y expertos en informática", dijo Zhang, quien el otoño pasado se convirtió en el nuevo líder de Ingeniería Biomédica de la UAB, un departamento conjunto de la Facultad de Medicina y la Escuela de Ingeniería de la UAB"Un brazo robótico recogerá células de varios tipos de placas de Petri y las colocará en agujas finas que están separadas unas pocas micras. Las células en crecimiento se fusionan después de tres a siete días, y la forma se basa en las agujas".
"Entonces podemos levantar el tejido", dijo Zhang. "Es una ingeniería de tejido sin andamios. Ya tengo dos estudiantes de doctorado en el proyecto".
El trozo de tejido diseñado se "imprimirá a pedido" para que coincida con el tamaño y la forma del tejido muerto en el corazón, según lo medido por IRM. El tejido cardíaco prevascularizado podría ser bastante grande, hasta 2 por 4 centímetrosen área y 5 milímetros de grosor aproximadamente 0.8 por 1.6 por 0.2 pulgadas. Todo el trabajo debe hacerse bajo condiciones estériles en un medio de cultivo que proporcione el oxígeno y los nutrientes para mantener las células vivas
Este parche de tejido miocárdico de la UAB, realizado en colaboración con Menasché, la Universidad de Duke y la Universidad de Wisconsin, deberá probarse en un modelo de cerdo antes de que pueda pasar a ensayos en humanos ". Queremos llevarlo a la práctica clínica en sieteaños ", dijo Zhang." Por eso vine a la UAB ".
La experiencia clínica y de investigación de la UAB en electrofisiología cardíaca será vital, dice Zhang, porque el parche podría causar arritmias cardíacas o latidos irregulares, si interfiere con la sincronización cuidadosa de la onda electrofisiológica que dirige cada contracción suave del corazón que bombea.Los ingenieros y los médicos tendrían que aprender a construir el tejido tridimensional para evitar complicaciones.
A medida que Zhang amplía la capacidad de la UAB en ingeniería de tejidos, también está trayendo expertos al campus de la UAB para el taller anual de ingeniería de tejidos cardiovasculares patrocinado por los NIH que dirige.
En 2015, antes de que Zhang llegara a la UAB, el grupo de médicos y científicos liderados por Zhang se reunió en la Universidad de Stanford, y una pieza de perspectiva sobre los cinco desafíos centrales para realizar la reparación del corazón, "Destile la complejidad para avanzar en la ingeniería del tejido cardíaco", fuepublicado el 8 de junio en la revista Science Translational Medicine. Además de Zhang, los autores incluyen investigadores de la Universidad de Minnesota, Duke University, Harvard Medical School, Stanford University, la University of Paris Descartes, la University of Washington, la University of Toronto, Georg-August University Göttingen y Columbia University.
El taller se reunió en la UAB en marzo pasado para la reunión de 2016, y nuevamente se reunirá en la UAB en 2017.
Detalles de la investigación
Después de un ataque cardíaco, las células del músculo cardíaco alrededor del borde de la cicatriz infartada del ventrículo izquierdo, la cámara de bombeo más potente del corazón, se estiran demasiado. Semanas, meses o años después, esto puede causar un agrandamiento del corazón llamadoremodelación del ventrículo izquierdo posterior al infarto. Esto conduce a insuficiencia cardíaca.
El trabajo preliminar para producir el tejido diseñado para prevenir la remodelación se basa en el progreso de la investigación con células madre, células que tienen la capacidad de diferenciarse en diferentes tipos de células. El documento Cell Stem Cell 2014, por ejemplo, utilizó una combinación de tres tipos decélulas cardiovasculares derivadas de células madre pluripotentes inducidas por humanos: cardiomiocitos, células endoteliales y células musculares lisas. El parche de fibrina también fue diseñado para liberar factor de crecimiento similar a la insulina.
Los cardiomiocitos pudieron integrarse en el corazón y generar una estructura muscular organizada, mientras que las células endoteliales y del músculo liso contribuyeron a los vasos sanguíneos del corazón. Los cerdos que recibieron este trasplante de células trilinaje tuvieron mejoras significativas en la función ventricular izquierda, el metabolismo miocárdico y la densidad de las arteriolasque se ramifica desde una arteria cardíaca. El trasplante también redujo el tamaño del infarto, el estrés de la pared ventricular y la apoptosis, o la muerte celular programada. Además, el tratamiento no produjo arritmias.
Para la prueba clínica con pacientes humanos en París, Menasché está utilizando células trilinaje derivadas de células madre embrionarias humanas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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