Descubierta la composición celular correcta del corazón humano
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Un estudio básico publicado esta semana en PNAS por investigadores del Instituto Biomateriales e Ingeniería Biomédica (IBBME) de la Universidad de Toronto y del Centro de Medicina Regenerativa McEwen, han identificado la estructura óptima y la relación asociada celular con la función del corazón, y el descubrimiento ha llevado al equipo a otra investigación: la ingeniería del tejido arrítmico humano en tres dimensiones. El estudio marca la primera vez que los investigadores han tratado de definir y formular la relación y el tipo exacto de células que producen ese tejido cardíaco altamente funcional.
"Los corazones no sólo están compuestos por un solo tipo de célula", explicó el estudiante PhD Nimalan Thavandiran, del IBBME, y primer autor del estudio en PNAS. Sin embargo, hasta ahora, los científicos no han sabido cómo mezclar los diferentes tipos de células del tejido del corazón de tal forma que se pueda lograr la composición y el nivel de madurez de un corazón humano nativo.
Thavandiran ha resuelto este misterio de forma metódica, separando los diferentes tipos de células derivadas de las células madre pluripotentes humanas, y mezclándolas de nuevo con precisión. Utilizando puntuaciones métricas asociadas con los corazones funcionales, contracción, actividad eléctrica y la alineación celular, Thavandiran ha sido capaz de desarrollar una fórmula para la ingeniería de este tejido cardíaco tan funcional.
La importancia de la composición de las células es vital, declaró Thavandiran. "Hemos descubierto que una mezcla del 25 % de fibroblastos cardíacos (como las células de la piel) a un 75 % de cardiomiocitos (células cardíacas) funcionaba mejor”. Las proporciones de células, cuidadosamente compuestas, fueron luego cultivadas de forma tridimensional en "cables" que imitaban la estructura de los tejidos del corazón humano.
"Un resultado interesante de nuestro estudio es que esta capacidad de miniaturizar los tejidos de los micro- tejidos del corazón humano, se pueden utilizar para medir las respuestas cardíacas normales y enfermas a las fármacos", subrayó el profesor Peter Zandstra, autor principal del estudio y presidente de investigación de Bioingeniería de Células Madre en IBBME y en el Centro de Medicina Regenerativa en McEwen.
Desde el descubrimiento de la composición correcta de las células del corazón, los investigadores han diseñado el primer modelo tridimensional de tejido arrítmico.
Millones de personas sufren de arritmia cada año, un estado en el que se interrumpe la realimentación de los impulsos eléctricos del corazón, dejando a éste sin poder contraerse ni bombear la sangre eficazmente.
Con la composición celular correcta, los investigadores pudieron diseñar el modelo de tejido circular asociado con la arritmia. Posteriormente, el equipo aplicó los impulsos eléctricos a los tejidos arrítmicos, saltando el tejido irregular para llegar a un estado de contracciones regulares.
Dado que las células cardíacas humanas no se cultivan fácilmente, la capacidad para diseñar un tejido cardíaco altamente funcional a partir de células madre humanas es una preocupación vital para los investigadores.
"Ahora podemos combinar este conocimiento compositivo con la estimulación eléctrica y la mecánica a fin de obtener un verdadero sistema biomimético, necesario para dicha investigación cardiaca", según dijó el autor, profesor Milica Radisic, principal de IBBME y del Departamento de Ingeniería Química y Ciencias Aplicadas, y Canada Research Chair in Functional Cardiovascular Tissue Engineering.
Haciendo hincapié en la necesidad urgente de un tejido cardíaco altamente funcional para realizar importantes investigaciones con los fármacos, Thavandiran añadió: "Estamos haciendo un muy gran esfuerzo para traer este modelo al mercado."
- Fuente: Universidad de Toronto .
- Imagen: Células cardíacas .
