Los científicos han cultivado con éxito un paquete de humanos Células madre en un diminuto “corazón” artificial del tamaño de una semilla de sésamo.
La masa pulsante es el primer órgano en miniatura autoorganizado que se asemeja al corazón humano, incluida una cámara hueca encerrada por una pared de tejido similar al corazón.
Los órganos simples parecidos a un corazón, o cardioides, se han construido en el laboratorio antes, pero solo usando un andamio, un molde o una matriz para que las células se ensamblen alrededor.
Este nuevo modelo cardioide se construyó espontáneamente. Todo lo que los científicos tenían que hacer era persuadir a las células madre pluripotentes en su plato utilizando seis vías de señalización conocidas por coordinar el desarrollo del corazón en el embrión humano.
Otros estudios han logrado desarrollar organoides oculares autoorganizados, organoides cerebrales autoorganizados y organoides intestinales autoorganizados utilizando técnicas de señalización similares.
“No es que estemos usando algo diferente a otros investigadores, sino que solo estamos usando todas las señales conocidas”. explica el biólogo Sasha Mendjan de la Academia de Ciencias de Austria en Viena.
Se sabe que estas señales conducen a la diferenciación de células madre, lo que permite que este órgano artificial u organoide desarrolle capas distintas cuando se controla estrictamente.
Después de solo una semana de crecimiento en el laboratorio, los investigadores notaron que su masa de células había formado una estructura 3D que podía latir rítmicamente, exprimiendo líquido dentro y fuera de su cavidad similar a una cámara.
Una colección de cardioides. (El laboratorio de Mendjan)
El corazón humano es el primer órgano que se forma en un embrión y es particularmente complejo. Los científicos aún no están seguros de cómo desarrolla todas sus características.
Sin este conocimiento, no está claro cómo o por qué ocurren ciertas malformaciones y enfermedades cardíacas, o cómo podemos tratarlas mejor.
En la naturaleza, el corazón humano primero forma tubos endocárdicos, antes de separarse más tarde en músculo cardíaco y una matriz extracelular llena de gelatina cardíaca. Solo entonces se forma el revestimiento interno de las cámaras del corazón.
El modelo cardioide simple del equipo ahora permite una mayor comprensión de lo “esencial básico”.
“Queremos crear modelos de corazón humano que se desarrollen de forma más natural y, por lo tanto, sean predictivos de enfermedades”, dice Mendjan.
“Creemos que esta ‘magia oculta’ del desarrollo, lo que aún no conocemos, es la razón por la que actualmente las enfermedades no están muy bien modeladas”, añade.
Aún no está claro cómo ocurre este complejo proceso a través de la señalización, pero los autores esperan que su nuevo modelo nos brinde una mayor comprensión.
Al final, el equipo descubrió que el músculo cardíaco y las células endocárdicas de su organoide estaban controladas por dos señales iniciales, WNT y ACTIVIN. Una vez que se crearon estos bloques de construcción celular, comenzaron a interactuar entre sí para formar ventrículos del corazón dentro de la cámara de latido.
Cuando el equipo congeló ciertas partes de los mini corazones usando una barra de acero fría, notaron que algunas de las células comenzaban a morir, similar a lo que sucede durante un ataque cardíaco. Al mismo tiempo, otras células reparadoras comenzaron a migrar hacia el daño y producir proteínas curativas.
Los autores esperan que su modelo nos permita probar la seguridad y eficacia de los medicamentos cardíacos antes de llevarlos a ensayos clínicos. Hoy, solo alrededor de 1 de cada 5,000 medicamentos dar el salto de los ensayos preclínicos al desarrollo de fármacos, lo que significa que hay mucho margen de mejora.
Probar medicamentos en el laboratorio en órganos similares al corazón podría ayudar a mejorar estas tasas de éxito, permitiéndonos determinar qué medicamento es tóxico o es poco probable que tenga algún efecto en los ensayos clínicos.
Mendjan y sus colegas ahora esperan crecer autoorganizándose cardioides con múltiples cámaras, similares a nuestros propios corazones, para una mayor investigación sobre el desarrollo del corazón y los posibles tratamientos.
El estudio fue publicado en Célula.
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