En un nuevo estudio innovador, los investigadores de la Universidad de Minnesota imprimieron en 3D una bomba cardíaca humana en escala de centímetros en funcionamiento en el laboratorio. El descubrimiento podría tener importantes implicaciones para estudiar la enfermedad cardíaca, la principal causa de muerte en los Estados Unidos.más de 600,000 personas al año.
El estudio se publica y aparece en la portada de Investigación de circulación , 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 en el cuerpo.Los investigadores reprogramarían estas células madre a las 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 podrían alcanzar la densidad celular crítica para que las células del músculo cardíaco realmente funcionen.
En este nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Minnesota dieron la vuelta al proceso y funcionó.
"Al principio, probamos los cardiomiocitos de impresión 3D, y también fallamos", dijo Brenda Ogle, investigadora principal del estudio y jefa del Departamento de Ingeniería Biomédica en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota ".Con la experiencia de nuestro equipo en investigación de células madre e impresión 3D, decidimos probar un nuevo enfoque: optimizamos la tinta especializada hecha de proteínas de matriz extracelular, combinamos la tinta con células madre humanas y utilizamos las células de tinta plus para imprimir en 3D.estructura de 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 descubrió fue que, por primera vez, podían lograr el objetivo de una 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 primero intentáramos imprimir las células madre", dijo Ogle, quien tambiénsirve como director del Instituto de Células Madre de la Universidad de Minnesota. "Decidimos intentarlo por última vez. No podía creerlo cuando miramos el plato en el laboratorio y vimos que todo se contraía espontáneamente y sincrónicamente y podía moverse.líquido."
Ogle dijo que esto también es un avance crítico en la investigación del corazón porque este nuevo estudio muestra cómo pudieron imprimir en 3D las células del músculo cardíaco de una manera que las células podrían organizarse y trabajar juntas. Debido a que las células se diferenciaban una al lado de la otraes más similar a cómo las células madre crecerían en el cuerpo y luego se someterían a las especificaciones de 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 y salida de fluido, donde pueden medir cómo un corazón mueve la sangre dentro del cuerpo. Esto lo haceUna 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", dijo Ogle. "Podemos introducir enfermedades y daños en el modelo y luego estudiar elefectos de medicamentos y otras terapias ".
El modelo de músculo cardíaco mide aproximadamente 1,5 centímetros de largo y fue diseñado específicamente para caber en la cavidad abdominal de un ratón para su posterior estudio.
"Todo esto parece un concepto simple, pero cómo lo logras es bastante complejo. Vemos el potencial y creemos que nuestro nuevo descubrimiento podría tener un efecto transformador en la investigación del corazón", dijo Ogle.
Además de Ogle, Kupfer y Lin, otros investigadores de la Universidad de Minnesota involucrados incluyen a la profesora Alena G. Tolkacheva ingeniería biomédica de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota y al profesor Michael McAlpine ingeniería mecánica; Facultad de Medicina de la Universidad de MinnesotaProfesor asociado DeWayne Townsend biología y fisiología integradoras; estudiantes de doctorado y postdoctorados actuales y anteriores de la Universidad de Minnesota Vasanth Ravikumar ingeniería eléctrica, Kaiyan Qiu Ph.D., ingeniería mecánica y Didarul B. BhuiyanPh.D., Megan Lenz MS y Ryan R. Mahutga ingeniería biomédica, y el estudiante universitario Jeffrey Ai ingeniería biomédica. El equipo también incluyó al profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Alabama Jianyi Zhang yEstudiante de doctorado en ingeniería biomédica de la Universidad de Alabama Lu Wang y asociado de investigación Ling Gao Ph.D..
Esta investigación fue financiada principalmente por los Institutos Nacionales de Salud National Heart Lung and Blood Institute, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering e National Institute of General Medical Science con fondos adicionales del National Science Foundation Graduate Research Fellowship Project yla beca de tesis doctoral de la Universidad de Minnesota.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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