Магнитная регулировка Afterload в инженерных тканях сердца

После нагрузки систолическая нагрузка на желудочек после того, как он начал выбрасывать кровь¹. Во время сердечного развития, соответствующие посленагрузка имеет решающее значение для кардиомиоцитов созревания². В зрелом возрасте низкий уровень желудочковой послегрузки (например, у прикованных к постели пациентов с травмой спинного мозга высокого уровня³ или в особых случаях, таких как космический полет⁴⁾может привести к гипотрофии сердца. И наоборот, высокая послегрузка может привести к сердечной гипертрофии^5. В то время как сердечная гипертрофия у спортсменов на выносливость или беременных женщин считается полезной и физиологической, гипертрофия, связанная с длительной артериальной гипертензией или тяжелой стенозом аортального клапана, вредна, так как предрасполагает к сердечной аритмии и сердечной недостаточности^6. Хотя 5-летняя смертность пациентов с сердечной недостаточностью снизилась с 70% в 1980-х годах⁶ до 40-50%⁷ в настоящее время, по-прежнему существует большая потребность в новых вариантах терапевтического лечения для этого весьма распространенного состояния (в настоящее время 2,2% населения в западном мире)⁸.

Для изучения молекулярных механизмов патологической сердечной гипертрофии и тестирования профилактических или терапевтических стратегий лечения этого заболевания были разработаныⁱⁿvivo модели послегруза^{9,10,,11,,12.} Хотя эти модели дали полезную информацию о воздействии послегруза на производительность желудочков, они не позволяют тонко контролировать величину послегруза. Кроме того, исследования in vitro посленагрузки, выполненные на вырезанных сердцах и мышечных препаратах, позволяют более тонко контролировать загрузку тканей, но эти модели не способствуют продольным исследованиям^13,,14,15.

Чтобы преодолеть эти проблемы, мы разработали в пробирке модель повышенной afterload в инженерных сердечных тканей (EHTs)^16,17. Эта модель представляет собой трехмерный формат культуры для клеток сердца крыс, встроенных в фибрин матрицы приостановлено между гибкими полыми силиконовыми столбами. Эти ткани бьются спонтанно (против сопротивления силиконовых столбов) и выполняют вспомогательную работу. Мы увеличили послегрузование применяется к EHTs в 12 раз в предыдущих экспериментах по вставке жестких металлических скобки в полые силиконовые столбы в течение одной недели. Это привело к множеству изменений, характерных для патологической сердечной гипертрофии^18,,19,,20: кардиомиоцитной гипертрофии, частичного некропкоза, снижения сократительной силы, нарушения релаксации тканей, реактивации программы генов плода, метаболического перехода от окисления жирных кислот к анаэробному гликолиззу, а также к увеличению инфиколита. Хотя эта процедура была успешно использована в нескольких исследованиях^17,21,22, она имеет некоторые недостатки. Есть только два состояния, низкие или очень высокие (12-кратная) послегруза, и процедура требует ручного обращения с EHTs, что ограничивает его временную гибкость и создает риск загрязнения.

В последнее время, Леонард и др. использовали аналогичную технику модулировать afterload в EHTs культивируется на силиконовые должности²³. Брекеты различной длины были размещены вокруг внешней части столбов, чтобы ограничить их изгиб движения. Авторы этого исследования сообщили, что сингулярный малый и средний увеличение нагрузки повышенной силовой разработки и созревания человека iPS полученных EHTs, в то время как более высокие нагрузки привели к патологическому состоянию. Однако, подобно нашей собственной системе, этот метод позволяет только сингулярное увеличение послегруза, величина которой продиктована длиной скобки. Таким образом, тонкие изменения в послегрузке, изменения в послегрузке с течением времени, и точные схемы загрузки невозможны с этими методами.

Здесь мы предоставляем протокол для системы, которая может быть использована для модулирования пост-сопротивления, т.е. послезагрузки EHTs магнитно²⁴. Эта платформа облегчает тонкую настройку послегруза, позволяет определяться пользователями схемпослезагрузки и обеспечивает стерильность EHT.