El dispositivo ofrece información sobre bombas musculares artificiales, un paso en dirección a la construcción de un corazón fabricado – ScienceDaily

0


Investigadores de la Universidad de Harvard, en colaboración con colegas de la Universidad de Emory, han desarrollado el primer pez biohíbrido totalmente autónomo a partir de células del músculo cardíaco derivadas de células madre humanas. El pez artificial nada recreando las contracciones musculares de un corazón bombeando, acercando a los investigadores al desarrollo de un bombeo muscular artificial más complejo y proporcionando una plataforma para estudiar enfermedades cardíacas como la arritmia.

«Nuestro objetivo final es construir un corazón artificial para reemplazar un corazón malformado en un niño», dijo Kit Parker, profesor de bioingeniería y física aplicada de la familia Tarr en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS). autor del artículo. «La mayor parte del trabajo en la construcción de tejidos cardíacos o corazones, incluidos algunos trabajos que hemos realizado, se centra en replicar características anatómicas o replicar el simple latido del corazón en tejidos de ingeniería. Pero aquí estamos inspirándonos en el diseño de la biofísica del corazón. corazón, lo cual es más difícil de hacer. Ahora, en lugar de usar imágenes cardíacas como modelo, estamos identificando los principios biofísicos clave que hacen que el corazón funcione, usándolos como criterios de diseño y reproduciéndolos en un sistema, vida, peces nadadores, donde es mucho más fácil ver si tenemos éxito».

La investigación se publica en Ciencias.

El pez biohíbrido desarrollado por el equipo se basa en investigaciones previas del Grupo de Biofísica de la Enfermedad de Parker. En 2012, el laboratorio usó células del músculo cardíaco de ratas para construir una bomba biohíbrida similar a una medusa, y en 2016, los investigadores desarrollaron una chirivía artificial que también nada de las células del músculo cardíaco de la rata.

En esta investigación, el equipo construyó el primer dispositivo biohíbrido autónomo basado en cardiomiocitos derivados de células madre humanas. Este dispositivo se inspiró en la forma y el movimiento de natación de un pez cebra. A diferencia de los dispositivos anteriores, el pez cebra biohíbrido tiene dos capas de células musculares, una a cada lado de la aleta caudal. Cuando una parte se contrae, la otra se estira. Ese tracto desencadena la apertura de un canal de proteína mecanosensible, lo que provoca una contracción, lo que provoca un estiramiento y así sucesivamente, lo que lleva a un sistema de circuito cerrado que puede impulsar a los peces durante más de 100 días.

«Al aprovechar la señalización eléctrica mecánica cardíaca entre dos capas de músculo, recreamos el ciclo en el que cada contracción da como resultado automáticamente una respuesta al estiramiento en el lado opuesto», dijo Keel Yong Lee, becario postdoctoral en SEAS y coautor principal. de estudio. «Los hallazgos resaltan el papel de los mecanismos de retroalimentación en las bombas musculares como el corazón».

Los investigadores también diseñaron un nodo de estimulación autónomo, como un marcapasos, que controla la frecuencia y el ritmo de estas contracciones espontáneas. Juntas, las dos capas musculares y el nodo de estimulación autónoma permitieron la generación de movimientos hacia adelante y hacia atrás continuos, espontáneos y coordinados de la aleta.

«Debido a los dos mecanismos de estimulación internos, nuestros peces pueden vivir más tiempo, moverse más rápido y nadar de manera más eficiente que en trabajos anteriores», dijo Sung-Jin Park, ex becario postdoctoral en el Grupo de Biofísica de Enfermedades en SEAS y coautor principal. de El estudio. «Esta nueva investigación proporciona un modelo para estudiar la señalización mecanoeléctrica como objetivo terapéutico del control del ritmo cardíaco y para comprender la fisiopatología de la disfunción del nódulo sinoauricular y la arritmia cardíaca».

Park es actualmente profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Coulter en el Instituto de Tecnología de Georgia y la Facultad de Medicina de la Universidad de Emory.

A diferencia de un pescado en su refrigerador, este pescado biohíbrido mejora con la edad. Su amplitud de contracción muscular, velocidad máxima de natación y coordinación muscular aumentaron durante el primer mes a medida que maduraban las células de cardiomiocitos. Eventualmente, el pez biohíbrido logró una velocidad de natación y una efectividad similares a las del pez cebra en la naturaleza.

A continuación, el equipo tiene como objetivo construir dispositivos biohíbridos aún más complejos a partir de células cardíacas humanas.

«Podría construir un modelo de corazón con Play-Doh, eso no significa que pueda construir un corazón», dijo Parker. «Puedes hacer crecer algunas células cancerosas al azar en un plato hasta que se coagulen en un nódulo palpitante y lo llamen organoide cardíaco. Ninguno de estos esfuerzos, por diseño, recapitulará la física de un sistema que late más de mil millones de veces. durante su vida y al mismo tiempo reconstruir sus células sobre la marcha. Ese es el desafío. Ahí es donde vamos a trabajar «.

Los coautores de la investigación fueron David G. Matthews, Sean L. Kim, Carlos Antonio Márquez, John F. Zimmerman, Herdeline Ann M. Ardona, Andre G. Kleber y George V. Lauder.

Fue apoyado en parte por la subvención UH3TR000522 del Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales de los Institutos Nacionales de Salud y por el Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Fundación Nacional de Ciencias DMR-142057.

También podría gustarte
Deja una respuesta

Su dirección de correo electrónico no será publicada.

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More