Un equipo de ingenieros biomédicos ha desarrollado un músculo cardíaco humano artificial totalmente funcional que puede utilizarse como parche para reparar el músculo cardíaco muerto.
Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke desarrollaron el parche para utilizarlo en pacientes humanos que hayan sufrido previamente un ataque cardíaco.
«En este momento, prácticamente todas las terapias existentes están dirigidas a reducir los síntomas del daño que ya se ha producido en el corazón, pero ningún enfoque ha sido capaz de reemplazar el músculo que se ha perdido, porque una vez que está muerto, no vuelve a crecer por sí mismo», dijo en un comunicado de prensa Ilia Shadrin, estudiante de doctorado de ingeniería biomédica en la Universidad de Duke y primer autor del estudio. «Esta es una forma de poder reemplazar el músculo perdido con tejido fabricado fuera del cuerpo».
Después de un infarto, el corazón es incapaz de regenerarse de forma natural. El tejido cicatricial sustituye al músculo muerto y las señales eléctricas ya no se transmiten a las contracciones, lo que significa que los latidos del corazón no serán tan fuertes ni tan suaves como antes del infarto.
Cuando el corazón es incapaz de regenerarse, se produce la insuficiencia cardíaca. Aproximadamente 5,7 millones de estadounidenses padecen insuficiencia cardíaca, según los CDC. Casi la mitad de las personas a las que se les ha diagnosticado insuficiencia cardíaca morirán en un plazo de cinco años.
Los investigadores han estado probando a utilizar células madre de la médula ósea, la sangre o el corazón e implantarlas en la zona dañada para reponer el músculo dañado. Sin embargo, menos del 1% de las células inyectadas son capaces de sobrevivir y permanecer en el corazón y una cantidad aún menor se convierte en células del músculo cardíaco.
Los parches cardíacos implantados sobre los músculos cardíacos muertos son capaces de permanecer activos durante un periodo de tiempo más largo, al tiempo que proporcionan al corazón la fuerza que necesita para que las señales eléctricas se muevan a través de él. Los parches también son capaces de segregar enzimas y factores de crecimiento que ayudan a los tejidos dañados que no han muerto.
El parche cardíaco desarrollado por la Universidad de Duke es el primer parche de músculo cardíaco artificial que es lo suficientemente grande como para cubrir la zona dañada y lo suficientemente fuerte y activo eléctricamente como para ser una opción en la reparación de las células musculares cardíacas muertas.
«La creación de células musculares cardíacas individuales es bastante habitual, pero la gente se ha centrado en el cultivo de tejidos en miniatura para el desarrollo de fármacos», afirma Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Duke. «Ampliarlo a este tamaño es algo que nunca se ha hecho y ha requerido mucho ingenio de ingeniería».
Las células se cultivan a partir de células madre pluripotentes humanas que pueden transformarse en cualquier tipo de célula del cuerpo. Las células cardíacas pueden cultivarse a partir de cardiomiocitos, fibroblastos y células endoteliales y de músculo liso. La combinación correcta de células, estructuras de soporte, factores de crecimiento, nutrientes y condiciones de cultivo puede crear el entorno adecuado para cultivar parches de tejido cardíaco humano de gran tamaño y totalmente funcionales, un proceso en el que el equipo de investigación ha trabajado durante años.
«Resulta que balancear las muestras para bañarlas y salpicarlas con el fin de mejorar el suministro de nutrientes es extremadamente importante», dijo Shadrin. «Obtuvimos resultados entre tres y cinco veces mejores con los cultivos de balanceo en comparación con nuestras muestras estáticas».
Los resultados fueron mejores que otros parches de 1 cm2 y 4 cm2 que desarrollaron previamente. Después de hacer los parches más grandes, de 16 cm2 y de cinco a ocho células de grosor, se demostró que el músculo cardíaco era totalmente funcional con propiedades eléctricas, mecánicas y estructurales que imitaban un corazón normal y sano.
«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 él», dijo Bursac. «Igualmente difícil ha sido conseguir que los tejidos maduren hasta alcanzar la resistencia adulta en un plazo rápido de cinco semanas, al tiempo que se consiguen propiedades que suelen requerir años de desarrollo humano normal».
Los parches cardíacos se han probado en corazones de ratones y ratas y han podido sobrevivir, vascularizarse y seguir siendo funcionales tras su implantación. Los investigadores sugieren que para que el parche cardíaco sea un reemplazo viable del músculo cardíaco muerto en pacientes humanos, tendría que ser más grueso que el que ellos desarrollaron. Los parches tienen que estar vascularizados para que las células puedan obtener suficiente oxígeno y nutrientes para ser lo suficientemente gruesos como para funcionar tiene el músculo cardíaco en el corazón humano.
«Una integración completa como ésa es realmente importante, no sólo para mejorar el bombeo mecánico del corazón, sino para garantizar la propagación fluida 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 tener resuelta la parte del ‘tamaño'», dijo Bursac.
Sharon y Bursac planean integrar los parches en los corazones de los cerdos con la ayuda de investigadores de la Universidad de Alabama, mientras que los investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison trabajarán en el desarrollo de células madre mejoradas para crear los principales tipos de células que componen los parches cardíacos con el fin de minimizar la respuesta inmunitaria en los implantes.
La investigación se publicó en la revista Nature Communications y fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud.