O echipă de ingineri biomedici a dezvoltat un mușchi cardiac uman artificial complet funcțional care poate fi folosit ca plasture pentru a repara mușchiul cardiac mort.
Inginerii biomedici de la Universitatea Duke au dezvoltat plasturele pentru a fi folosit la pacienții umani care au suferit anterior un atac de cord.
„În momentul de față, practic toate terapiile existente au ca scop reducerea simptomelor provocate de daunele care au fost deja provocate inimii, dar nicio abordare nu a fost capabilă să înlocuiască mușchiul pierdut, deoarece, odată mort, acesta nu crește la loc de unul singur”, a declarat Ilia Shadrin, doctorand în inginerie biomedicală la Universitatea Duke și primul autor al studiului, într-un comunicat de presă. „Aceasta este o modalitate prin care am putea înlocui mușchiul pierdut cu țesut realizat în afara corpului.”
În urma unui atac de cord, inima nu este capabilă să se regenereze în mod natural. Țesutul cicatricial înlocuiește mușchiul mort, iar semnalele electrice nu mai sunt transmise la contracție, ceea ce înseamnă că o bătaie a inimii nu va fi la fel de puternică sau la fel de lină ca înainte de infarct.
Când inima nu se poate regenera singură, apare insuficiența cardiacă. Aproximativ 5,7 milioane de americani suferă de insuficiență cardiacă, potrivit CDC. Aproape jumătate dintre persoanele diagnosticate cu insuficiență cardiacă vor muri în decurs de cinci ani.
Cercetătorii au testat utilizarea de celule stem din măduva osoasă, sânge sau din inimă și implantarea lor în zona afectată pentru a reface mușchiul deteriorat. Cu toate acestea, mai puțin de 1% din celulele injectate reușesc să supraviețuiască și să rămână în inimă, iar o cantitate și mai mică devine celule ale mușchiului cardiac.
Pansamentele cardiace implantate peste mușchii cardiaci morți sunt capabile să rămână active pentru o perioadă mai lungă de timp, oferind în același timp inimii forța de care are nevoie pentru ca semnalele electrice să se deplaseze prin ea. Plasturii sunt, de asemenea, capabili să secrete enzime și factori de creștere care ajută țesuturile deteriorate care nu au murit.
Plasticul cardiac dezvoltat de Universitatea Duke este primul plasture artificial pentru mușchiul cardiac care este atât suficient de mare pentru a acoperi zona deteriorată, cât și suficient de puternic și activ din punct de vedere electric pentru a fi o opțiune în repararea celulelor musculare cardiace moarte.
„Crearea de celule individuale ale mușchiului cardiac este destul de obișnuită, dar oamenii s-au concentrat pe creșterea țesuturilor în miniatură pentru dezvoltarea de medicamente”, a declarat Nenad Bursac, profesor de inginerie biomedicală la Universitatea Duke. „Extinderea la această dimensiune este ceva ce nu a fost făcut niciodată și a necesitat multă ingeniozitate inginerească.”
Celele sunt cultivate din apeluri stem pluripotente umane care se pot transforma în orice tip de celule din organism. Celulele cardiace pot fi cultivate din cardiomiocite, fibroblaste și celule endoteliale și musculare netede. Combinația potrivită de celule, structuri de suport, factori de creștere, nutrienți și condiții de cultură poate crea mediul potrivit pentru a crește plasturi de țesut cardiac uman de mari dimensiuni, complet funcțional, un proces la care echipa de cercetare a lucrat ani de zile.
„Se pare că legănarea probelor pentru a le scălda și stropi pentru a îmbunătăți livrarea de nutrienți este extrem de importantă”, a spus Shadrin. „Am obținut rezultate de trei până la cinci ori mai bune cu culturile de legănare în comparație cu probele noastre statice.”
Rezultatele au fost mai bune decât alte plasturi de 1 cm pătrat și 4 cm pătrați pe care le-au dezvoltat anterior. După ce au făcut plasturii mai mari, de 16 cm pătrați și cu o grosime de cinci până la opt celule, mușchiul cardiac s-a dovedit a fi pe deplin funcțional, cu proprietăți electrice, mecanice și structurale care imitau o inimă normală și sănătoasă.
„Acest lucru este extrem de dificil de realizat, deoarece cu cât este mai mare țesutul cultivat, cu atât este mai greu să se mențină aceleași proprietăți în întregul său”, a spus Bursac. „La fel de dificil a fost să facem ca țesuturile să se maturizeze până la puterea adultă pe o scară de timp rapidă de cinci săptămâni, obținând în același timp proprietăți care, de obicei, necesită ani de zile de dezvoltare umană normală.”
Pansamentele cardiace au fost testate pe inimi de șoarece și de șobolan și au fost capabile să supraviețuiască, să se vascularizeze și să rămână funcționale după implantare. Cercetătorii sugerează că, pentru ca plasturele cardiac să fie un înlocuitor viabil al mușchiului cardiac mort la pacienții umani, ar trebui să fie mai gros decât cel dezvoltat de ei. Plasturii trebuie să fie vascularizați astfel încât celulele să poată primi suficient oxigen și nutrienți pentru a fi suficient de groase pentru a funcționa are mușchi cardiac în inima umană.
„O astfel de integrare completă este foarte importantă, nu doar pentru a îmbunătăți pomparea mecanică a inimii, ci și pentru a asigura răspândirea lină a undelor electrice și pentru a minimiza riscul de aritmii”, a spus Shadrin.
„Lucrăm în mod activ la acest aspect, la fel ca și alții, dar, deocamdată, suntem încântați că am rezolvat partea cu „mărimea contează””, a spus Bursac.
Sharon și Bursac intenționează să integreze plasturii în inimile de porc cu ajutorul cercetătorilor de la Universitatea din Alabama, în timp ce cercetătorii de la Universitatea din Wisconsin-Madison vor lucra la dezvoltarea unor celule stem îmbunătățite pentru a crea principalele tipuri de celule care alcătuiesc plasturii cardiaci pentru a minimiza răspunsul imunitar în implanturi.
Cercetarea a fost publicată în revista Nature Communications și a fost finanțată de National Institutes of Health.
.