Ataque al corazón en un plato: un modelo 3-D
Las condiciones de cultivo de células con poco oxígeno combinadas con organoides de corazón humano recrean las características a nivel de tejido de un corazón después de un ataque al corazón. Crédito: Dr. Dylan Richards, graduado del Programa de Bioingeniería Clemson de MUSC
En los EE. UU., alguien sufre un ataque al corazón cada 40 segundos y, sin embargo, los investigadores no han tenido un modelo que imite completamente lo que ocurre en el corazón humano después de un infarto. ataque.
Un equipo de investigadores de la Universidad Médica de Carolina del Sur (MUSC) y la Universidad de Clemson informaron recientemente en un artículo de Nature Biomedical Engineering que han desarrollado organoides cardíacos humanos de menos de 1 milímetro de diámetro que se asemejan mucho a las condiciones fisiológicas que ocurren durante un ataque al corazón.
El equipo fue dirigido por el bioingeniero Ying Mei, Ph.D., quien ocupa un puesto docente conjunto en MUSC y la Universidad de Clemson. Forma parte del programa de bioingeniería Clemson de MUSC, que ubica a los bioingenieros y estudiantes de doctorado en bioingeniería de Clemson en el campus de MUSC para que puedan interactuar con los médicos que necesitan soluciones de ingeniería. El autor principal del artículo, Dylan Richards, Ph.D., se graduó del programa conjunto.
«Básicamente, pudimos tomar esa naturaleza compleja tridimensional de un ataque cardíaco y luego reducirla a un modelo de microtejido», dijo Richards.
Los organoides son tejidos multicelulares tridimensionales que tienen menos de 1 milímetro de diámetro. Estos organoides, o microtejidos, funcionan como sus contrapartes de tamaño completo. En este caso, los organoides del corazón realmente laten y se contraen como lo hace el corazón humano. Este modelo utiliza células madre pluripotentes inducidas, casi como «células progenitoras», que se dividen y maduran en varios tipos de células cardíacas que interactúan y se autoensamblan para formar el organoide.
Tradicionalmente, los biólogos usan células en un modelos de platos o animales, como ratones o ratas, para modelar las enfermedades que se están estudiando. Estos métodos tienen sus propias desventajas que el modelo organoide supera.
Las células en un plato son excelentes para aprender cosas a nivel celular, pero es muy poco natural que las células crezcan en dos dimensiones en una superficie plana.
Los modelos animales son muy útiles para dar los siguientes pasos hacia la recapitulación de lo que sucede en el cuerpo humano, pero los organoides, especialmente los del corazón, son los que más se acercan a recrear lo que sucede en los humanos.
«Los corazones de ratas y ratones laten de cinco a 10 veces más rápido que los de los humanos», explicó Richards. «Cómo funcionan físicamente esos mecanismos: la electrofisiología y la acción de bombeo son diferentes debido a la escala».
En contraste, el organoide cardíaco recrea una versión humana del corazón y se parece mucho a la disfunción tisular que tiene lugar. tras la escasez de oxígeno provocada por un infarto. Debido a que es muy difícil obtener una muestra inmediatamente después de que ocurre un ataque cardíaco, la mayor parte de lo que sabemos sobre los ataques cardíacos proviene de observaciones realizadas mucho después de la escasez inicial de oxígeno. El modelo organoide llena este vacío, lo que permite la visualización inmediatamente después de la privación de oxígeno.
«Esto puede ayudarnos a comprender mejor cómo responden las células a corto plazo y, a su vez, cómo da paso a largo plazo. daño», dijo Richards del modelo organoide.
Este modelo también permite a los investigadores probar si los medicamentos para el corazón mejoran los resultados de un ataque al corazón.
«Podría ayudarnos a determinar si un medicamento es efectivo para prevenir parte de este daño o prevenir una respuesta perjudicial a la escasez de oxígeno», explicó Richards.
El modelo también podría proporcionar una forma de probar si un medicamento que es seguro en un corazón sano también es seguro en uno enfermo. Dicha información podría guiar a los médicos a recetar medicamentos de manera más adecuada en pacientes que tenían afecciones cardíacas preexistentes en el momento del ataque cardíaco.
En resumen, el modelo proporciona a los investigadores una comprensión de los eventos tempranos de un ataque cardíaco. que no han tenido antes. Pero Mei tiene la intención de mejorar aún más el modelo al incluir células inmunitarias. Las células inmunitarias son responsables de eliminar las células muertas causadas por el ataque cardíaco, pero al hacerlo, pueden determinar cómo las células inmunitarias desempeñan un papel en la reestructuración del tejido cardíaco después del daño causado por la escasez de oxígeno. Al laboratorio de Mei le gustaría estudiar cómo lo hacen con la esperanza de prevenir la muerte de áreas dañadas pero aún vivas del corazón.
A Mei también le gustaría examinar los efectos de la genética de los pacientes en sus resultados. Su laboratorio está trabajando actualmente en la creación de organoides a partir de células de pacientes con diversos resultados. Esos organoides se pueden usar para ayudarnos a comprender más completamente cómo el perfil genético específico de un paciente afecta su recuperación.
«No somos los primeros en recapitular la respuesta celular o incluso a nivel tisular . Sin embargo, diría que somos los primeros en recapitular la respuesta a nivel de órgano», dijo Mei.
Nota especial: Mei, Richards y sus coautores quisieran dedicar este trabajo a su querido amigo y coautor Craig Beeson, Ph.D., quien murió de cáncer antes de la publicación de su artículo.
Explore más
Los investigadores descubren cómo las células madre reparan el daño de los ataques cardíacos Más información: Dylan J. Richards et al, Organoides cardíacos humanos para el modelado de infarto de miocardio y cardiotoxicidad de fármacos, Nature Ingeniería Biomédica (2020). DOI: 10.1038/s41551-020-0539-4 Información de la revista: Nature Biomedical Engineering
Proporcionado por Medical University of South Carolina Cita: Ataque cardíaco en un plato: un modelo 3-D (2020, 12 de junio) obtenido el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-heart-dish-d.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.