Permitirá a los
investigadores estudiar la fisiología humana y las enfermedades
cardiovasculares en condiciones totalmente controladas, además de facilitar la
identificación de dianas farmacológicas y a nuevas modalidades de tratamiento
cardioprotector o curativo.
En solo cuatro
semanas, investigadores de la Universidad
de Columbia(EE.UU.) han fabricado el primer músculo cardíaco humano
a partir de células madre que posee las características fundamentales
del funcionamiento del corazón humano adulto. Los investigadores han
estimulado las células madre pluripotentes inducidas (iPS) a través de
estimulación eléctrica y mecánica en una etapa temprana.
Los autores subrayan
que la posibilidad de generar tejido cardíaco humano que se comporte como el
músculo cardíaco nativo sería «transformador» para la investigación
biomédica, ya que permitiría a los investigadores estudiar la fisiología humana
y las enfermedades cardiovasculares en condiciones totalmente controladas.
Además, este tejido facilitaría la identificación de dianas farmacológicas y
conducirá a nuevas modalidades de tratamiento cardioprotector o curativo. El
estudio se publica hoy en «Nature».
Las células madre
tienen el potencial de convertirse en muchos tipos diferentes de células. Sin
embargo, las células humanas pierden esta capacidad una vez que han madurado,
razón por la cual, por ejemplo, las células del corazón no deciden
espontáneamente convertirse en células de pulmón. Las células madre
pluripotentes inducidas son células obtenidas de un adulto que han sido
manipuladas, o inducidas, en un estado de células madre.
Los investigadores
pueden dirigir estas células hacia diferentes tipos de células mediante
diversos estímulos químicos y físicos. En esta ocasión, los científicos han
podido diseñar tejido cardíaco utilizando cardiomiocitos derivados de iPS. Sin
embargo, obtener un tejido de ingeniería que puede imitar con éxito las
complejidades de las células cardíacas humanas adultas no son fácil y, hasta
ahora, no se había logrado en el laboratorio.
Para lograrlo,
explica Gordana Vunjak-Novakovi, profesora de Ingeniería Biomédica en la
Universidad de Columbia. «forzamos al músculo cardíaco cultivado a atravesar
la transición fetal a postnatal mediante un desarrollo acelerado». Los
investigadores estimularon eléctricamente las células madre iPS en etapa
temprana y, poco a poco, aumentaron la frecuencia de las contracciones
inducidas eléctricamente, poco a poco, todos los días. En tan solo cuatro
semanas de cultivo, «los tejidos respondieron y mostraron una expresión génica
parecida a la de los adultos, una estructura notablemente organizada y una
serie de características funcionales vistas en el músculo cardíaco maduro».
Este enfoque, afirman, es radicalmente nuevo, ya que se ha comprimido el marco
de tiempo para el desarrollo del músculo, ya que normalmente hacen falta nueve
meses.
Este enfoque,
afirman, es radicalmente nuevo, ya que se ha comprimido el marco de tiempo para
el desarrollo del músculo, ya que normalmente hacen falta nueve meses
El otro avance
importante de este estudio es que, en lugar del suave estiramiento mecánico que
está presente en un corazón fetal en desarrollo, los investigadores aplicaron
un régimen especial de acondicionamiento electromecánico, aumentando poco a
poco la frecuencia de contracciones inducidas eléctricamente todos los días.
Este régimen forzó el músculo cultivado a trabajar, cada día, de forma más dura
que el anterior. El objetivo era ver si el corazón rediseñado respondería como
un corazón ‘nativo’ acomodando gradualmente el aumento de carga y haciendo la
transición fetal a postnatal.
La técnica funcionó.
Los investigadores vieron cambios integrales en todos los niveles, lo que llevó
a una maduración rápida y sin precedentes de la estructura del tejido, el
metabolismo y la función. En solo cuatro semanas de cultivo, los
tejidos mostraron perfiles de expresión génica parecidos a los adultos,
ultraestructura notablemente organizada y una serie de características
funcionales vistas en el músculo cardíaco humano maduro: la longitud
fisiológica del sarcómero (maquinaria contráctil de la célula); densidad
fisiológica de las mitocondrias (fábrica de energía de la célula); presencia de
túbulos transversales (características críticas, previamente no documentadas,
de la membrana celular que ayudan a la célula a responder rápidamente a los
cambios en el calcio y transmitir señales), y el cambio al metabolismo
oxidativo y al manejo funcional del calcio.
Modelos fiables
«El tejido resultante
no tiene precedentes en cuanto a su similitud con el tejido humano funcional»,
dijo Seila Selimovic, directora del programa del Instituto Nacional de Imágenes
Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU.
«La capacidad de desarrollar tejido cardíaco maduro en tan poco tiempo es un
paso importante para acercarnos a tener modelos fiables de tejido humano para
las pruebas de con nuevos fármacos». Cuanto mejor emulen los tejidos
diseñados el corazón humano, mejor podrán predecir los efectos que los
medicamentos o los factores ambientales tienen en el tejido cardíaco real de un
paciente. Selimovic destaca que tener un modelo de tejido humano confiable
ayudaría a que el desarrollo de fármacos sea significativamente más rápido, más
seguro y más barato.
Leído en ABC Salud
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