Informe de investigación: Investigadores imprimen en 3D una bomba cardíaca funcional con células humanas reales
En la portada de la revista Circulation Research de la American Heart Association se usa una representación en 3D de la bomba cardíaca impresa desarrollada en la Universidad de Minnesota. El descubrimiento podría tener importantes implicaciones para el estudio de las enfermedades cardíacas. Crédito: Kupfer, Lin, et al., Universidad de Minnesota.
En un nuevo e innovador estudio, investigadores de la Universidad de Minnesota imprimieron en 3D un corazón humano funcional a escala centimétrica. bomba en el laboratorio. El descubrimiento podría tener importantes implicaciones para el estudio de las enfermedades del corazón, la principal causa de muerte en los Estados Unidos, que mata a más de 600.000 personas al año.
El estudio se publica y aparece en la portada de Circulation Research, una publicación de la American Heart Association.
En el pasado, los investigadores intentaron imprimir en 3D cardiomiocitos, o células del músculo cardíaco, que se derivaron de lo que se denominan células madre humanas pluripotentes. Las células madre pluripotentes son células con el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo. Los investigadores reprogramarían estas células madre en células del músculo cardíaco y luego usarían impresoras 3D especializadas para imprimirlas dentro de una estructura tridimensional, llamada matriz extracelular. El problema era que los científicos nunca podían alcanzar la densidad celular crítica para que las células del músculo cardíaco realmente funcionaran.
En este nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Minnesota cambiaron el proceso y funcionó.
«Al principio, intentamos imprimir cardiomiocitos en 3D y también fallamos», dijo Brenda Ogle, investigadora principal del estudio y jefa del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota. «Entonces, con la experiencia de nuestro equipo en la investigación de células madre y la impresión 3D, decidimos probar un nuevo enfoque. Optimizamos la tinta especializada hecha de proteínas de la matriz extracelular, combinamos la tinta con células madre humanas y usamos la tecnología ink-plus-cells para imprimir en 3D la estructura con cámara. Las células madre se expandieron a altas densidades celulares en la estructura primero, y luego las diferenciamos a las células del músculo cardíaco».
Lo que el equipo encontró fue que para el primera vez que pudieron lograr el objetivo de alta densidad celular en menos de un mes para permitir que las células latieran juntas, como un corazón humano.
«Después de años de investigación, estábamos listos para rendirnos y luego dos de mis estudiantes de doctorado en ingeniería biomédica, Molly Kupfer y Wei-Han Lin, sugirieron que intentáramos imprimir las células madre primero», dijo Ogle, quien también se desempeña como director del Instituto de Células Madre de la Universidad de Minnesota. «Decidimos darle una última oportunidad. No podía creerlo cuando miramos el plato en el laboratorio y vi que todo se contraía de forma espontánea y sincrónica y podía mover fluido».
Ogle dijo Este también es un avance crítico en la investigación del corazón porque este nuevo estudio muestra cómo pudieron imprimir en 3D células del músculo cardíaco de manera que las células pudieran organizarse y trabajar juntas. Debido a que las células se estaban diferenciando una al lado de la otra, es más similar a cómo las células madre crecerían en el cuerpo y luego se especificarían en las células del músculo cardíaco.
En comparación con otras investigaciones de alto perfil en el pasado, Ogle dijo que este descubrimiento crea una estructura que es como un saco cerrado con una entrada de líquido y una salida de líquido, donde pueden medir cómo un corazón mueve la sangre dentro del cuerpo. Esto lo convierte en una herramienta invaluable para estudiar la función cardíaca.
«Ahora tenemos un modelo para rastrear y rastrear lo que sucede a nivel celular y molecular en la estructura de la bomba que comienza a aproximarse al corazón humano», Ogle dijo. «Podemos introducir enfermedades y daños en el modelo y luego estudiar los efectos de los medicamentos y otras terapias».
El modelo del músculo cardíaco mide aproximadamente 1,5 centímetros de largo y fue diseñado específicamente para encajar en la cavidad abdominal de un mouse para seguir estudiando.
«Todo esto parece un concepto simple, pero la forma de lograrlo es bastante compleja. Vemos el potencial y creemos que nuestro nuevo descubrimiento podría tener un efecto transformador en la investigación del corazón, «Ogle dijo.
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El parche impreso en 3D puede ayudar a reparar un corazón ‘roto’ Más información: Molly E. Kupfer et al, Expansión in situ, diferenciación y acoplamiento electromecánico de Músculo cardíaco humano en un organoide con cámara bioimpreso en 3D, Investigación de circulación (2020). DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.119.316155 Información de la revista: Circulation Research
Proporcionado por la Universidad de Minnesota Cita: Informe de investigación: Investigadores imprimen en 3D una bomba cardíaca funcional con humanos reales cell (2020, 16 de julio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-3d-heart-real-human-cells.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.