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Creando un parche de corazón
El tejido cardíaco diseñado necesita un suministro constante de oxígeno y nutrientes para sobrevivir después de ser injertado en el corazón. En un esfuerzo por abordar este problema, investigadores de la Universidad Ben-Gurion del Negev, la Universidad de Tel-Aviv y el Centro Médico de la Universidad Soroka en Israel han desarrollado un método que utiliza el cuerpo como un biorreactor para construir vasos sanguíneos en funcionamiento en un corazón de bioingeniería. parche. Los resultados, publicados esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , representan un paso crucial hacia la generación de un material de bioingeniería capaz de reparar el tejido cardíaco dañado.
Corazón curativo: Una semana después de haber sido implantado en el abdomen de una rata, este tejido cardíaco diseñado (púrpura) ha sido infiltrado por vasos sanguíneos funcionales (óvalos huecos) que contienen glóbulos rojos (discos rojos).
Varios laboratorios de todo el mundo han estado trabajando en formas de diseñar tejido cardíaco vivo sembrando un andamio tridimensional con células del músculo cardíaco o con células madre que pueden ser inducidas a formar estos miocitos cardíacos. En lo que generalmente no se han enfocado es en las estrategias para crear la infraestructura para soportar estos miocitos, dice Frederick Schoen , profesora de ciencias y tecnología de la salud en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital Brigham and Women. Esa infraestructura incluye vasos sanguíneos que llevan oxígeno a los miocitos inmigrantes mientras intentan integrarse en el tejido cardíaco existente. Sin ese soporte vascular, la mayoría de las células implantadas morirán.
En un corazón sano, cada miocito está flanqueado por dos capilares, dice Gordana Vunjak-Novakovic , profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Columbia. En implantes sin vasos sanguíneos, solo las células más externas pueden captar oxígeno. Como resultado, estos parches parecen un caramelo M&M, dice Vunjak-Novakovic. Células sanas por fuera, células muertas por dentro.
Para estimular la vascularización en parches cardíacos diseñados, los investigadores israelíes infundieron un andamio con semillas de miocitos con factores de crecimiento que promueven la supervivencia celular y el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos. Luego implantaron cada parche cardíaco en el epiplón de una rata viva, la membrana rica en vasos sanguíneos que conecta y sostiene los órganos abdominales. En una semana, los parches se poblaron de vasos sanguíneos maduros. Luego, los investigadores extirparon los parches vascularizados y los trasplantaron a los corazones de ratas con infartos de miocardio. Un mes después, los parches parecían no solo sobrevivir, sino estar bien integrados con el tejido cardíaco de los animales. Los parches mejoraron la actividad cardíaca de las ratas, los miocitos formaron fibras musculares que pudieron contraerse y los investigadores pudieron ver glóbulos rojos dentro de los vasos sanguíneos, lo que significa que ellos también eran completamente funcionales, dice Smadar Cohen, profesor de biotecnología ingeniero en la Universidad Ben-Gurion y autor principal del estudio.
Vunjak-Novakovic está entusiasmado con la investigación. Hicieron que la naturaleza trabajara para ellos, dice ella. Y han demostrado que el suministro vascular marca la diferencia en la funcionalidad del tejido cardíaco diseñado.
De alguna manera, los vasos sanguíneos pueden ser más importantes que los miocitos. Ese es el elefante en la habitación del que no solemos hablar, dice Schoen de Harvard. Nadie sabe si los miocitos son necesarios. Quizás si puede inyectar algo que revascularice el área dañada del corazón, eso podría ser todo lo que necesita.
De hecho, en el estudio de Cohen, las ratas que recibieron un parche vascularizado sin miocitos también mostraron una mejora en su función cardíaca. Estos parches libres de miocitos también se integraron en el tejido local y engrosaron la cicatriz que queda después de un infarto. Ese fortalecimiento por sí solo puede aliviar parte del estiramiento de la pared del músculo cardíaco dañada y, por lo tanto, mejorar la contractilidad, dice Cohen.
Con o sin miocitos, el enfoque aún no está listo para la clínica. Es un avance de investigación significativo que demuestra un enfoque para el crecimiento de la vasculatura en un tejido diseñado, dice Schoen. Pero no estamos mucho más cerca de fabricar parches de músculo cardíaco diseñados para pacientes con enfermedades cardíacas. Por un lado, la estrategia requiere dos rondas de cirugía: una para implantar el parche en el abdomen y una segunda para trasladarlo al corazón. Y Cohen señala que los pacientes con enfermedad coronaria generalmente no están en condiciones de tolerar ese tipo de tratamiento invasivo.
Pero el modelo podría ayudar a los científicos a comprender mejor los mecanismos moleculares que impulsan la vascularización, y eso podría permitir el crecimiento de un parche listo para usar con vasos sanguíneos en su lugar antes de la implantación. Mejor aún, dice Cohen, sería un material que podría inducir la regeneración en el corazón mismo, algo en lo que ella y sus colegas están trabajando. Creo que todos estos enfoques deberían ser técnicamente posibles, dice Cohen. Solo necesitamos hacer más ciencia para encontrar el mejor.