Ajustement magnétique de l’afterload dans les tissus cardiaques d’ingénierie

Après charge est la charge systolique sur le ventricule après qu’il a commencé à éjecter le sang¹. Pendant le développement cardiaque, une charge après-charge appropriée est d’importance critique pour la maturation cardiomyocyte². À l’âge adulte, de faibles niveaux de chargement ventriculaire (p. ex., chez les patients alités atteints d’une lésion de la moelle épinière de haut niveau³ ou dans des cas très spéciaux comme le vol spatial⁴⁾peuvent entraîner une hypotrophie du cœur. Inversement, la charge après-charge élevée peut mener à l’hypertrophie cardiaque⁵. Tandis que l’hypertrophie cardiaque dans les athlètes d’endurance ou les femmes enceintes est considérée salutaire et physiologique, l’hypertrophie associée à l’hypertension artérielle à long terme ou la sténose aortique grave de valve est préjudiciable car elle prédispose un aux arythmies cardiaques et à l’insuffisance cardiaque⁶. Bien que le taux de mortalité sur cinq ans chez les patients souffrant d’insuffisance cardiaque ait diminué de 70 % dans les années 1980^{de 6} à 40 à 50 %⁷ actuellement, il y a encore un grand besoin de nouvelles options de traitement thérapeutique pour cette affection très répandue (actuellement 2,2 % de la population dans le monde occidental)⁸.

Afin d’étudier les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie cardiaque pathologique et de tester des stratégies préventives ou thérapeutiques pour le traitement de cette maladie, les modèles in vivo de l’après-charge ont été développés^9,10,11,12. Bien que ces modèles aient offert des aperçus bénéfiques des effets de l’après-charge sur les performances ventriculaires, ils ne permettent pas un contrôle fin sur l’ampleur de la charge après la charge. Alternativement, les études in vitro de l’après-charge effectuée sur les cœurs excisés et les préparations musculaires permettent un contrôle plus fin sur le chargement des tissus, mais ces modèles ne sont pas propices aux études longitudinales^13,14,15.

Pour surmonter ces problèmes, nous avons développé un modèle in vitro de chargement élevé dans les tissus cardiaques (EHT)^16,17. Ce modèle est un format de culture en 3 dimensions pour les cellules cardiaques de rat intégrées dans une matrice de fibrine suspendue entre les poteaux de silicone creux flexibles. Ces tissus battent spontanément (contre la résistance des poteaux en silicone) et effectuent un travail auxotonique. Nous avons augmenté après la charge appliquée aux EHT par un facteur de 12 dans les expériences précédentes par l’insertion d’accolades métalliques rigides dans les poteaux creux de silicone pendant une semaine. Ceci a mené à une multitude de changements, caractéristiques de l’hypertrophie cardiaque pathologique^18,19,20: hypertrophie cardiomyocyte, nécroptose partielle, baisse de la force contractile, affaiblissement de la relaxation des tissus, réactivation du programme de gène foetal, changement métabolique de l’oxydation d’acide gras à la glycolyse anaérobie, et une augmentation de la fibrose. Bien que cette procédure a été utilisée avec succès dans plusieurs études^17,21,22, il a quelques inconvénients. Il n’y a que deux états, faibles ou très élevés (12 fois) après la charge, et la procédure nécessite une manipulation manuelle des ERE, ce qui limite sa flexibilité temporelle et pose le risque de contamination.

Récemment, Leonard et coll. ont utilisé une technique similaire pour moduler l’après-décharge dans les EHT cultivés sur les poteaux de silicone²³. Des accolades de longueurs variables ont été placées autour de l’extérieur des poteaux pour limiter leur mouvement de flexion. Les auteurs de cette étude ont indiqué qu’une augmentation singulière de petite à moyenne de la charge a amélioré le développement et la maturation des EHT humains iPS-dérivés, tandis que des charges plus élevées ont eu comme conséquence un état pathologique. Cependant, semblable à notre propre système, cette technique ne permet que des augmentations singulières de la charge après-charge, dont l’ampleur est dictée par la longueur des accolades. En tant que tel, de fines altérations dans la charge après la charge, des modifications dans l’après-charge au fil du temps, et des régimes de chargement précis ne sont pas possibles avec ces techniques.

Ici, nous fournissons le protocole pour un système qui peut être utilisé pour moduler la post-résistance, c’est-à-dire, après la charge des EHTs magnétiquement²⁴. Cette plate-forme facilite l’ajustement fin de la charge après l’utilisation, permet des schémas de chargement d’après-dose définis par l’utilisateur et assure la stérilité ehT.