Tessuto cardiaco umano progettato in 3D

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I ricercatori hanno sviluppato un modo per far crescere il tessuto cardiaco umano che può servire da modello per le camere superiori del cuore, noto come atrio. Il tessuto, derivato da pluripotenti indotte dall’uomo (hiPCS), batte, esprime geni e risponde ai farmaci in modo simile a un vero atrio umano. Il modello, descritto l’8 novembre sulla rivista Stem Cell Reports , può essere utile per valutare i meccanismi della malattia e i farmaci per la fibrillazione atriale – il tipo più comune di aritmia.

In contrasto con la coltura 2D standard, i cardiomiociti derivati ​​dalle cellule staminali sono stati coltivati ​​in modo tale da formare un tessuto cardiaco battente 3D simile al muscolo cardiaco atriale. Nello specifico, le cellule hanno mostrato espressione genica atriale, forza contrattile, contrazione e cinetica di rilassamento, proprietà elettrofisiologiche e risposte farmacologiche a farmaci atriale-selettivi. Secondo gli autori, il tessuto cardiaco ingegnerizzato potrebbe servire da modello dell’atrio umano sia per gli studi meccanicistici sulla fibrillazione atriale sia per lo preclinico dei farmaci.

“Questa è la prima volta che il tessuto cardiaco atriale umano è stato generato in vitro da una fonte principalmente illimitata di hiPSC”, afferma la prima autrice Marta Lemme del Medical Center di Amburgo-Eppendorf. “Questo potrebbe essere utile sia per i laboratori accademici che per l’industria farmaceutica, perché per testare nuovi potenziali farmaci, abbiamo bisogno di generare un modello in vitro di fibrillazione atriale e il primo passo per ottenere cellule che assomigliano ai cardiomiociti umani atriali” Dice Lemme.

Lemme e l’autore senior dello studio Thomas Eschenhagen del Medical Center dell’Università di Amburgo-Eppendorf si sono proposti di raggiungere questo obiettivo generando cardiomiociti atriali simili da hiPSC utilizzando un metabolita della chiamato acido all trans retinoico. Questa tecnica prevede la riprogrammazione genetica delle cellule del o della pelle prese da umani a uno stato embrionale simile a cellule staminali e quindi il trattamento di queste cellule immature con acido trans retinoico per convertirli in cardiomiociti atriali.

“Ma la novità di questo studio è la combinazione della differenziazione hiPSC in cardiomiociti atriali con un ambiente 3D”, dice Lemme. “In effetti, abbiamo dimostrato che l’ambiente 3D favorisce la differenziazione verso un fenotipo atriale rispetto alla coltura 2D standard. Un particolare valore del nostro studio è il confronto diretto del nostro tessuto cardiaco ingegnerizzato in 3D con tessuto atriale umano nativo ottenuto da pazienti su un e livello funzionale. ”

Oltre 33 milioni di persone in tutto il mondo soffrono di fibrillazione atriale e la prevalenza è in aumento. Le contrazioni ad alta frequenza non coordinate negli atri aumentano il rischio di coaguli di sangue, ictus e insufficienza cardiaca. Sfortunatamente, i trattamenti esistenti come i farmaci antiaritmici hanno un’efficacia limitata e possono causare effetti avversi. Inoltre, lo sviluppo di nuovi farmaci è stato ostacolato dalla difficoltà di isolare e mantenere i cardiomiociti atriali umani o le cellule del muscolo cardiaco. I modelli animali hanno un potere predittivo limitato perché non rappresentano accuratamente la fisiologia dei cardiomiociti umani.

“Queste strisce muscolari atriali rappresentano una grande opportunità per modellare la fibrillazione atriale nel piatto e testare i farmaci”, dice Lemme. “Tuttavia, è ancora possibile apportare miglioramenti per raggiungere una somiglianza ancora maggiore con il tessuto atriale umano: per noi, il prossimo passo è testare vari mezzi per indurre aritmie, studiare i meccanismi di rimodellamento elettrico della fibrillazione atriale e testare nuovi potenziali farmaci”.

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Questa ricerca è stata supportata da AFib-TrainNet, l’Ufficio nazionale per la ricerca, lo sviluppo e l’, il Ministero tedesco dell’Istruzione e della ricerca (BMBF) e il Centro tedesco per la ricerca cardiovascolare, il Consiglio della ricerca (ERC AG IndivuHeart), la Deutsche Forschungsgemeinschaft e Leducq Fondation. Thomas Eschenhagen e Arne Hansen sono co-fondatori di EHT Technologies, Amburgo. Godfrey Smith è uno dei fondatori e dirigenti di Clyde Biosciences Ltd (Regno Unito).

Stem Cell Reports , Lemme et al .: “Atrial-like Engineered Tissue: Un modello in vitro dell’atrio umano” https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(18) 30.431-4