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Parches de músculo de corazón hechos con células humanas
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Parches de músculo de corazón hechos con células humanas

Los parches de los músculos del corazón hechos con células humanas mejoran la recuperación del ataque cardíaco
Este es el primer estudio en grandes animales de parches musculares de un tamaño clínicamente relevante.

Los platos del balancín están haciendo crecer parches de músculos cardíacos humanos grandes. Este balanceo a 45 rpm durante el crecimiento mejora enormemente la maduración de las células de cardiomiocitos. Cada parche, destinado al trasplante de un corazón infartado, mide aproximadamente 1,6 por 0,8 pulgadas de tamaño y tiene el grosor de una moneda de diez centavos.
Crédito: UAB.


Grandes parches humanos de músculo cardíaco creados en el laboratorio han sido probados, por primera vez, en animales grandes en un modelo de ataque al corazón. Este enfoque clínicamente relevante mostró que los parches mejoraron significativamente la recuperación de una lesión por ataque cardíaco.

Los resultados son un paso más cerca del objetivo de tratar los ataques cardíacos humanos mediante la sutura de parches de músculo cardíaco en un área de músculo muerto del corazón con el fin de reducir la patología que a menudo conduce a la insuficiencia cardíaca.

La investigación fue dirigida por Jianyi "Jay" Zhang, M.D., Ph.D., director de la Universidad de Alabama en Birmingham Biomedical Engineering, un departamento conjunto de la Facultad de Medicina de la UAB y la Escuela de Ingeniería de la UAB.

Cada parche mide 1.57 por 0.79 pulgadas y casi tan grueso como una moneda de diez centavos. Zhang y sus colegas descubrieron que trasplantar dos de estos parches al área infartada de un corazón de cerdo mejoraba significativamente la función del ventrículo izquierdo del corazón, la principal cámara de bombeo. Los parches también redujeron significativamente el tamaño del infarto, que es el área del músculo muerto; estrés en la pared del músculo cardíaco y agrandamiento del músculo cardíaco; además de reducir significativamente la apoptosis, o muerte celular programada, en el área de la cicatriz alrededor del músculo cardíaco muerto. Además, los parches no indujeron arritmia en los corazones, una complicación grave observada en algunos enfoques de ingeniería biomédica del pasado para tratar los ataques cardíacos.

Una clave para el éxito de los parches es cómo se diseñan.

Cada parche es una mezcla de tres tipos de células: 4 millones de cardiomiocitos o células del músculo cardíaco; 2 millones de células endoteliales, que son conocidas por ayudar a los cardiomiocitos a sobrevivir y funcionar en un microambiente; y 2 millones de células de músculo liso, que recubren los vasos sanguíneos. Los tres tipos de células se diferenciaron de linaje cardíaco, células madre pluripotentes inducidas por humanos, o hiPSCs, en lugar de usar hiPSCs creados a partir de células de la piel u otros tipos de células.

Cada parche se cultivó en una matriz tridimensional de fibrina que se balanceó hacia adelante y hacia atrás durante una semana. Las células comienzan a latir sincrónicamente después de un día.

Esta mezcla de tres tipos de células y el balanceo dinámico produjo más células del músculo cardíaco que eran más maduras, con una función fisiológica y una fuerza de contracción superiores del músculo cardíaco, en comparación con parches hechos de una monocapa de células que no se balancean dinámicamente. Los parches se parecían al tejido nativo del músculo cardíaco en sus propiedades fisiológicas y contráctiles.

Los intentos anteriores de utilizar hiPSCs para tratar modelos animales de ataques cardíacos -utilizando una inyección de células o células cultivadas como una película muy delgada- han mostrado tasas muy bajas de supervivencia, o injerto, por las hiPSCs. El presente estudio tuvo una tasa de injerto relativamente alta, 10.9 por ciento, cuatro semanas después del trasplante, y el trasplante condujo a una mejor recuperación del corazón.

Parte de los efectos beneficiosos de los parches puede ocurrir a través de la liberación de pequeñas ampollas llamadas exosomas de las células en los parches. Estos exosomas, que transportan proteínas y ARN de una célula a otra, son un método común de señalización de célula a célula que no se comprende por completo. En experimentos de cultivo de tejidos, los investigadores descubrieron que los exosomas liberados de los grandes parches musculares del corazón parecían proteger la supervivencia de las células del músculo cardíaco.

Además, los parches parecían prevenir o revertir los cambios perjudiciales en la fosforilación de proteínas en los sarcómeros del tejido muscular cardíaco que bordea el área infartada del corazón. Este resultado es el primero en sugerir que las células cardíacas derivadas de hiPSC pueden mejorar la función contráctil después de los ataques al corazón al disminuir los cambios desadaptativos en los estados de fosforilación de las proteínas sarcoméricas. El sarcómero es la unidad contráctil en una miofibrila de células cardíacas.


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