Las enfermedades cardíacas son tan mortales en parte porque el
corazón, a diferencia de otros órganos, no puede repararse a sí mismo tras una
lesión. Por eso la ingeniería de tejidos y la fabricación de un corazón humano
completo para trasplantes, es tan importante para el futuro de la medicina
cardíaca.
Para construir un corazón humano desde cero,
los investigadores tienen que reproducir las estructuras únicas que componen el
corazón. Esto incluye recrear las geometrías helicoidales, que crean un
movimiento de torsión cuando el corazón late. Desde hace mucho tiempo se ha
sugerido que este movimiento de torsión es fundamental para el bombeo de sangre
a grandes volúmenes, pero ha sido difícil demostrarlo, en parte porque crear
corazones con diferentes geometrías y alineaciones ha sido un reto.
Ahora, bioingenieros de la Harvard John A. Paulson School of Engineering
and Applied Sciences (SEAS) han desarrollado el primer modelo
biohíbrido de ventrículos humanos con células cardíacas que laten alineadas
helicoidalmente, y han demostrado que la alineación del músculo, de hecho,
aumenta drásticamente la cantidad de sangre que el ventrículo puede bombear con
cada contracción.
Este avance fue posible gracias a un nuevo
método de fabricación textil aditiva, el Focused
Rotary Jet Spinning (FRJS), que permitió la fabricación de alto
rendimiento de fibras alineadas helicoidalmente con diámetros que van desde
varios micrómetros a cientos de nanómetros. Estas fibras FRJS desarrolladas en
SEAS dirigen la alineación de las células, lo que permite la formación de
estructuras controladas de ingeniería de tejidos.
«El corazón humano tiene múltiples capas de
músculos alineados helicoidalmente con diferentes ángulos de alineación»,
explica Huibin Chang, becario postdoctoral de SEAS y autor del artículo. «Con
el FRJS, podemos recrear esas complejas estructuras de forma realmente precisa,
formando estructuras de ventrículos de una y hasta cuatro cámaras».
A diferencia de la impresión 3D, que se vuelve
más lenta a medida que las características son más pequeñas, la FRJS puede
hilar rápidamente fibras a escala de una micra, o sea, unas cincuenta veces más
pequeñas que un solo cabello humano. Esto es importante cuando se trata de
construir un corazón desde cero. Por ejemplo, el colágeno, una proteína de la
matriz extracelular del corazón, también tiene una micra de diámetro. Se
necesitarían más de 100 años para imprimir en 3D cada trozo de colágeno del
corazón humano con esta resolución. El FRJS puede hacerlo en un solo día.
El equipo también demostró que el proceso
puede ampliarse hasta el tamaño de un corazón humano real e incluso más grande,
hasta el tamaño de un corazón de ballena Minke.
«Este trabajo supone un gran paso adelante en
la biofabricación de órganos y nos acerca a nuestro objetivo final de construir
un corazón humano para trasplante», afirma Parker, profesor de Bioingeniería y
Física Aplicada en SEAS y autor principal del artículo.
Referencia:
Huibin Chang, Qihan Liu, John F. Zimmerman, Keel Yong Lee, Qianru Jin, Michael
M. Peters, Michael Ros-nach, Suji Choi, Sean L. Kim, Herdeline Ann M. Ardoña,
Luke A. MacQueen, Christophe O. Chantre, Sarah E. Motta, Elizabeth M. Cordoves,
Kevin Kit Parker. Recreating the heart’s
helical structure-function relation-ship with focused rotary jet spinning. Science,
2022; 377 (6602): 180
DOI: 10.1126/science.abl6395
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