Uma equipe de engenheiros biomédicos desenvolveu um músculo cardíaco humano artificial totalmente funcional que pode ser usado como adesivo para reparar músculos mortos do coração.
Os engenheiros biomédicos da Universidade de Duke desenvolveram o adesivo para ser usado em pacientes humanos que sofreram um infarto do miocárdio anteriormente.
“Neste momento, praticamente todas as terapias existentes têm como objetivo reduzir os sintomas dos danos já causados ao coração, mas nenhuma abordagem foi capaz de substituir o músculo perdido, porque uma vez morto, ele não volta a crescer sozinho”, disse Ilia Shadrin, estudante de doutorado em engenharia biomédica da Duke University e primeira autora do estudo, em um comunicado à imprensa. “Esta é uma forma de substituir o músculo perdido por tecido feito fora do corpo”
Na sequência de um ataque cardíaco, o coração é incapaz de se regenerar naturalmente”. O tecido cicatricial substitui o músculo morto e os sinais elétricos não são mais transmitidos para contraídos, o que significa que um batimento cardíaco não será tão forte ou tão suave quanto antes do infarto do miocárdio.
Quando o coração é incapaz de se regenerar, ocorre uma falha cardíaca. Aproximadamente 5,7 milhões de americanos têm insuficiência cardíaca, de acordo com o CDC. Quase metade das pessoas diagnosticadas com insuficiência cardíaca morrerá dentro de cinco anos.
Pesquisadores têm feito testes usando células-tronco de medula óssea, sangue ou coração e implantando-as na área danificada para reabastecer o músculo danificado. Entretanto, menos de 1% das células injetadas são capazes de sobreviver e permanecer no coração e uma quantidade ainda menor se torna células musculares cardíacas.
Pastilhas de coração implantadas sobre músculos mortos do coração são capazes de permanecer ativas por um longo período de tempo enquanto dão ao coração a força necessária para que os sinais elétricos se movam através dele. Os adesivos também são capazes de secretar enzimas e fatores de crescimento que ajudam os tecidos danificados que não morreram.
O adesivo cardíaco desenvolvido pela Duke University é o primeiro adesivo artificial de músculo cardíaco que é suficientemente grande para cobrir a área danificada e forte e eletricamente ativo o suficiente para ser uma opção no reparo de células musculares cardíacas mortas.
“Criar células musculares cardíacas individuais é bastante comum, mas as pessoas têm se concentrado no crescimento de tecidos em miniatura para o desenvolvimento de drogas”, disse Nenad Bursac, professor de engenharia biomédica da Duke University. “Dimensioná-lo até este tamanho é algo que nunca foi feito e exigiu muita engenhosidade de engenharia”
As células são cultivadas a partir de chamadas pluripotentes de troncos humanos que podem se transformar em qualquer tipo de célula no corpo. As células cardíacas são capazes de crescer a partir de cardiomiócitos, fibroblastos e células musculares endoteliais e lisas. A combinação certa de células, estruturas de suporte, fatores de crescimento, nutrientes e condições de cultura podem criar o ambiente certo para o crescimento de grandes manchas de tecido cardíaco humano totalmente funcional, um processo em que a equipe de pesquisa tem trabalhado durante anos.
“Acontece que balançar as amostras para banhar e espirrar para melhorar o fornecimento de nutrientes é extremamente importante”, disse Shadrin. “Obtivemos três a cinco vezes melhores resultados com as culturas de balanço em comparação com as nossas amostras estáticas”.
Resultados foram melhores do que outros manchas de 1 cm2 e 4 cm2 que eles desenvolveram anteriormente. Depois de tornar as manchas maiores a 16 cm2 e cinco a oito células de espessura, o músculo cardíaco mostrou ser totalmente funcional com propriedades elétricas, mecânicas e estruturais que imitam um coração normal e saudável.
“Isto é extremamente difícil de fazer, pois quanto maior o tecido que é cultivado, mais difícil é manter as mesmas propriedades em todo ele”, disse Bursac. “Igualmente desafiador tem sido fazer com que os tecidos amadureçam até a força adulta em um período de tempo rápido de cinco semanas, enquanto atingem propriedades que normalmente levam anos de desenvolvimento humano normal”.
As manchas cardíacas têm sido testadas em corações de ratos e camundongos e têm sido capazes de sobreviver, se vascularizar e permanecer funcionais depois de implantadas. Os pesquisadores sugerem que para que a mancha cardíaca seja uma substituição viável do músculo cardíaco morto em pacientes humanos, ela precisaria ser mais espessa do que a que eles desenvolveram. Os adesivos precisam ser vascularizados para que as células possam obter oxigênio e nutrientes suficientes para serem espessos o suficiente para funcionar tem o músculo cardíaco no coração humano.
“Uma integração completa como essa é realmente importante, não apenas para melhorar o bombeamento mecânico do coração, mas para assegurar a suave propagação das ondas elétricas e minimizar o risco de arritmias”, disse Shadrin.
“Estamos trabalhando ativamente nisso, assim como outros, mas por enquanto, estamos entusiasmados por ter a parte ‘tamanho importa'”, disse Bursac.
Sharon e Bursac planejam integrar os adesivos nos corações dos suínos com a ajuda de pesquisadores da Universidade do Alabama, enquanto pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison trabalharão no desenvolvimento de células-tronco melhoradas para criar os principais tipos de células que compõem os adesivos cardíacos para minimizar a resposta imunológica nos implantes.
A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications e foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde.