Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han creado un músculo cardíaco humano artificial en pleno funcionamiento lo suficientemente grande como para reparar el daño que se observa típicamente en pacientes que han sufrido un ataque cardíaco. El avance da un paso importante hacia el objetivo final de reparar el músculo cardíaco muerto en humanospacientes
El estudio aparece en línea en Comunicaciones de la naturaleza el 28 de noviembre de 2017.
"En este momento, prácticamente todas las terapias existentes están destinadas a reducir los síntomas del daño que ya se ha hecho al corazón, pero ningún enfoque ha podido reemplazar el músculo perdido, porque una vez que está muerto, no vuelve a crecerpor sí solo ", dijo Ilya Shadrin, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en la Universidad de Duke y primer autor del estudio." Esta es una forma de reemplazar el músculo perdido con tejido producido fuera del cuerpo ".
A diferencia de algunos órganos humanos, el corazón no puede regenerarse a sí mismo después de un ataque cardíaco. El músculo muerto a menudo es reemplazado por tejido cicatricial que ya no puede transmitir señales eléctricas o contraerse, los cuales son necesarios para latidos cardíacos suaves y fuertes.
El resultado final es una enfermedad comúnmente conocida como insuficiencia cardíaca que afecta a más de 12 millones de pacientes en todo el mundo. Se necesitan nuevas terapias, como la desarrollada por Shadrin y su asesor Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica en Duke.insuficiencia cardíaca y sus complicaciones letales.
Los ensayos clínicos actuales están probando la táctica de inyectar células madre derivadas de la médula ósea, la sangre o el corazón mismo directamente en el sitio afectado en un intento de reponer parte del músculo dañado. Si bien parece haber algunos efectos positivos de estostratamientos, sus mecanismos no se entienden completamente. Menos del uno por ciento de las células inyectadas sobreviven y permanecen en el corazón, y aún menos se convierten en células musculares cardíacas.
Los parches cardíacos, por otro lado, posiblemente podrían implantarse sobre el músculo muerto y permanecer activos durante mucho tiempo, proporcionando más fuerza para las contracciones y un camino suave para que viajen las señales eléctricas del corazón. Estos parches también secretan enzimas yfactores de crecimiento que podrían ayudar a la recuperación del tejido dañado que aún no ha muerto.
Sin embargo, para que este enfoque funcione, un parche cardíaco debe ser lo suficientemente grande como para cubrir el tejido afectado. También debe ser tan fuerte y eléctricamente activo como el tejido cardíaco nativo, de lo contrario, la discrepancia podría causar arritmias mortales.
Este es el primer parche cardíaco humano que cumple con ambos criterios. "Crear células musculares cardíacas individuales es bastante común, pero las personas se han centrado en el crecimiento de tejidos en miniatura para el desarrollo de fármacos", dijo Bursac. "Escalarlo a este tamaño es algoeso nunca se había hecho y requería mucho ingenio ingeniero "
Las células para el parche cardíaco se cultivan a partir de células madre pluripotentes humanas, las células que pueden convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo. Bursac y Shadrin han hecho parches con éxito utilizando muchas líneas diferentes de células madre humanas, incluidas las derivadas deembriones y aquellos artificialmente forzados o "inducidos" a su estado pluripotente.
Se pueden cultivar varios tipos de células cardíacas a partir de estas células madre: cardiomiocitos, las células responsables de la contracción muscular; fibroblastos, las células que proporcionan el marco estructural para el tejido cardíaco; y las células endoteliales y del músculo liso, las células que forman los vasos sanguíneos.Los investigadores colocan estas células en proporciones específicas en una sustancia gelatinosa donde se autoorganizan y crecen en tejido funcional.
Encontrar la combinación correcta de células, estructuras de soporte, factores de crecimiento, nutrientes y condiciones de cultivo para cultivar parches grandes y completamente funcionales de tejido cardíaco humano ha llevado al equipo años de trabajo. Cada contenedor y procedimiento tuvo que ser dimensionado y diseñado a partir descratch. Y la clave que lo unió fue un poco de balanceo y balanceo.
"Resulta que balancear las muestras para bañarlas y salpicarlas para mejorar la entrega de nutrientes es extremadamente importante", dijo Shadrin. "Obtuvimos resultados de tres a cinco veces mejores con los cultivos oscilantes en comparación con nuestras muestras estáticas".
Los resultados mejoraron en los parches anteriores de los investigadores, que eran de un centímetro cuadrado y cuatro centímetros cuadrados. Se escalaron con éxito hasta 16 centímetros cuadrados y cinco a ocho células de espesor. Las pruebas muestran que el músculo cardíaco en el parche es completamente funcional,con propiedades eléctricas, mecánicas y estructurales que se asemejan a las de un corazón adulto normal y saludable.
"Esto es extremadamente difícil de hacer, ya que cuanto más grande es el tejido que se cultiva, más difícil es mantener las mismas propiedades en todo el mismo", dijo Bursac. "Igualmente desafiante ha sido hacer que los tejidos maduren hasta la fuerza adulta en un ayunoescala de tiempo de cinco semanas mientras se logran las propiedades que generalmente requieren años de desarrollo humano normal ".
Bursac y Shadrin ya han demostrado que estos parches cardíacos sobreviven, se vascularizan y mantienen su función cuando se implantan en corazones de ratones y ratas. Sin embargo, para que un parche cardíaco realmente reemplace el trabajo del músculo cardíaco muerto en pacientes humanos,deben ser mucho más gruesos que el tejido cultivado en este estudio. Y para que los parches crezcan tan gruesos, deben vascularizarse para que las células del interior puedan recibir suficiente oxígeno y nutrientes. Incluso entonces, los investigadores tendrían que descubrir cómopara integrar completamente el parche cardíaco con el músculo existente.
"La integración completa como esa es realmente importante, no solo para mejorar el bombeo mecánico del corazón, sino para asegurar la propagación suave de las ondas eléctricas y minimizar el riesgo de arritmias", dijo Shadrin.
"Estamos trabajando activamente en eso, al igual que otros, pero por ahora, estamos encantados de que se resuelva la parte 'el tamaño importa'", agregó Bursac.
Video: http://www.youtube.com/watch?time_continue=25&v=S2Z98Sn7hHs
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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