Los esfuerzos para comprender la progresión de la enfermedad cardíaca y desarrollar tejidos terapéuticos que puedan reparar el corazón humano son solo algunas de las áreas de enfoque del grupo de investigación Feinberg de la Universidad Carnegie Mellon. El último modelo dinámico del grupo, creado en asociación con colaboradores en los Países Bajos, imita las cargas fisiológicas en la ingeniería de los tejidos del músculo cardíaco, brindando una visión sin precedentes de cómo la genética y las fuerzas mecánicas contribuyen a la función del músculo cardíaco.
"Nuestro laboratorio ha estado trabajando durante mucho tiempo en la ingeniería y la construcción de tejido del músculo cardíaco humano, por lo que podemos rastrear mejor cómo se manifiesta la enfermedad y también, crear tejidos terapéuticos para algún día reparar y reemplazar el daño cardíaco", explica Adam Feinberg, profesor de ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales. "Uno de los desafíos es que tenemos que construir estos pequeños trozos de músculo cardíaco en una placa de Petri, y lo hemos estado haciendo durante muchos años. Lo que nos hemos dado cuenta es que estos sistemas in vitrono recrean con precisión el carga mecánica que vemos en el corazón real debido a la presión arterial ".
Las cargas hemodinámicas, o la precarga (estiramiento del músculo cardíaco durante el llenado de la cámara) y la poscarga (cuando el músculo cardíaco se contrae), son importantes no solo para la función saludable del músculo cardíaco, sino que también pueden contribuir a la progresión de la enfermedad cardíaca. La precarga y la poscarga pueden provocar cambios desadaptativos en el músculo cardíaco, como es el caso de la hipertensión, el infarto de miocardio y las miocardiopatías.
El modelo de corazón dinámico imita las cargas fisiológicas en la ingeniería de los tejidos del músculo cardiaco
En una nueva investigación publicada en Science Translational Medicine, el grupo presenta un sistema compuesto por tejido de músculo cardíaco diseñado (EHT) que está unido a una tira elástica diseñada para imitar las precargas y poscargas fisiológicas. Este modelo, el primero en su tipo, muestra que la recreación de una carga similar a la del ejercicio impulsa la formación de un músculo cardíaco más funcional que está mejor organizado y genera más fuerza cada vez que se contrae. Sin embargo, al usar células de pacientes con ciertos tipos de enfermedades cardíacas, estas mismas cargas similares al ejercicio pueden resultar en una disfunción del músculo cardíaco.
"Una de las cosas realmente importantes de este trabajo es que es un esfuerzo de colaboración entre nuestro laboratorio y colaboradores en los Países Bajos, incluido el cardiólogo Peter van der Meer", afirma Feinberg. "Peter trata a pacientes que tienen una enfermedad cardiovascular ligada genéticamente, incluido un tipo llamado miocardiopatía arritmogénica (MCA) que a menudo empeora con el ejercicio. Hemos podido obtener células madre pluripotentes inducidas específicas del paciente, diferenciarlas en células del músculo cardíaco y luego utilícelos en nuestro nuevo modelo EHT para recrear ACM en una placa de Petri, para que podamos comprenderlo mejor ".
Jacqueline Bliley, estudiante de posgrado en ingeniería biomédica y co-primera autora del artículo recientemente publicado, agrega: "La naturaleza colaborativa de este trabajo es tan importante para poder garantizar la reproducibilidad de la investigación y comparar los hallazgos en todo el mundo".
DESARROLLO DE NUEVOS TRATAMIENTOS
De cara al futuro, los colaboradores pretenden utilizar su modelo y sus hallazgos para estudiar una amplia gama de otras enfermedades cardíacas con mutaciones genéticas, desarrollar nuevos tratamientos terapéuticos y probar fármacos para evaluar su eficacia.
"Podemos aprovechar las lecciones aprendidas al construir el EHT en un plato para crear piezas más grandes de músculo cardíaco que podrían usarse terapéuticamente. Al combinar estos nuevos resultados con nuestro trabajo anterior sobre el músculo cardíaco con bioimpresión 3D ( publicado en Science en 2019 ), esperamos para algún día diseñar tejidos lo suficientemente grandes y funcionales como para implantar y reparar el corazón humano ”, destaca Feinberg.