Ya sea causado por un defecto congénito no detectado o por un ataque cardíaco infarto de miocardio, cuando un corazón sufre un daño, puede ser difícil de reparar.
2.500 millones. Esa es aproximadamente la cantidad de veces que late el corazón humano en 70 años. Y a veces, durante el curso de sus contracciones y relajaciones implacables, el músculo cardíaco ya no puede soportar la tensión.
Si las células del músculo cardíaco, los cardiomiocitos, pudieran ser reparadas por células extraídas del propio cuerpo, la recuperación del paciente mejora. Pero la fabricación de células cardíacas requiere un proceso riguroso diseñado específicamente para cada individuo. Expuesto en un nuevo artículo publicado hoy en Materiales funcionales avanzados , un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan en colaboración con la Escuela de Medicina de Harvard, muestra cómo los cardiomiocitos que crecen en un entorno similar al corazón maduran más rápidamente, tienen una funcionalidad mejorada y tienen menos probabilidades de ser rechazados por los cuerpos de los pacientes.
células madre pluripotentes
Muchas personas con lesiones cardíacas por ataques cardíacos o defectos de nacimiento podrían beneficiarse del proceso "autoterapéutico" de inyectar células sanas en el músculo cardíaco dañado. Los laboratorios usan células madre pluripotentes inducidas, también conocidas como células maestras, que utilizan señales bioquímicasse puede "programar" para convertirse en cualquier tipo de célula, ya sea para el músculo cardíaco o de otro tipo. Sin embargo, los procesos actuales dan como resultado células subdesarrolladas.
Hasta la fecha, la fabricación de cardiomiocitos se ha realizado en entornos bidimensionales esencialmente, placas de Petri. Pero el entorno de crecimiento juega un papel importante en la forma en que se desarrollan las células. Por lo tanto, simulando el entorno real del corazón, con mucha presión yfuerzas específicas que actúan sobre las células en crecimiento, podrían conducir a cardiomiocitos más robustos.
"Lamentablemente, la terapéutica con células madre no tiene altas tasas de éxito en parte porque las células no están maduras y no son completamente funcionales. La maduración y la funcionalidad son esenciales", dice Parisa Pour Shahid Saeed Abadi, profesora asistente de ingeniería mecánica, cuyo trabajo en la creaciónLos entornos de crecimiento de las células del corazón se detallan en el nuevo artículo "Ingeniería de cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos maduros utilizando sustratos con topografía multiescala".
Imitando el entorno natural del corazón
Abadi y sus coautores han creado sustratos tridimensionales, esencialmente, moldes, que recrean el entorno en el que las células del corazón crecen dentro del cuerpo humano. Las propiedades biomecánicas que inducen los sustratos incluyen presión y rigidez.
"Las propiedades mecánicas de los sustratos juegan un papel importante en el comportamiento celular porque las señales mecánicas que las células perciben en el entorno real del corazón son únicas", dice Abadi. "Estamos utilizando señales bioquímicas y biomecánicas para mejorar la diferenciación ymaduración. Si no aprovechamos las señales físicas y solo confiamos en las señales químicas, el proceso sufre de baja eficiencia e inconsistencia entre lotes ".
Mediante fotolitografía y procesamiento de reflujo, los sustratos de Abadi se modelan a niveles de micrones y submicrones, aproximándose a las fuerzas físicas naturales que experimentan las células. La fotolitografía utiliza luz ultravioleta para eliminar partes del sustrato de polidimetilsiloxano PDMS para moldearlo en formas cilíndricas.
El micropatrón adicional del sustrato cambia el citoesqueleto en la célula y la forma del núcleo, lo que hace que los genes en la célula cambien. A medida que los cardiomiocitos maduran, laten más fuerte y se asemejan a las células que se encuentran en el corazón maduro natural.músculo.
"El primer día comenzamos a ver el efecto del sustrato en la morfología de las células", dice Abadi.
Pasos siguientes
El laboratorio de Abadi, que está financiado en parte por la Asociación Estadounidense del Corazón, continúa mejorando los métodos de preparación del sustrato. Como los cardiomiocitos necesitan comunicarse entre sí durante su crecimiento, Abadi también planea estimular la conductividad eléctrica entre las células. Se están realizando estudios traslacionales en animales.el siguiente paso para la investigación.
"Mi laboratorio trabaja en la interfaz de materiales, mecánica y medicina", dice Abadi, quien llegó a Michigan Tech en 2017 luego de una beca posdoctoral de los Institutos Nacionales de Salud en el Hospital Brigham and Women's de la Escuela de Medicina de Harvard.
Abadi señala que su laboratorio se basa en los antecedentes interdisciplinarios de sus estudiantes universitarios, graduados e investigadores posdoctorales, combinando diferentes bases de conocimiento para resolver cuestiones complejas de fabricación de mejores nanomateriales para aplicaciones médicas que no se pueden abordar desde una sola disciplina.
"Elijo problemas que puedo resolver con el conocimiento de la ingeniería mecánica y los nanomateriales", dice. "Uso técnicas de microfabricación y nanofabricación para abordar problemas que son difíciles de abordar para los biólogos o los médicos".
Para reparar corazones rotos, Abadi y su equipo de ingeniería han aprendido que los cardiomiocitos fuertes crecen mejor bajo presión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Michigan . Original escrito por Kelley Christensen. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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