Ajuste magnético de la carga posterior en los tejidos cardíacos diseñados

Después de la carga es la carga sistólica en el ventrículo después de que ha comenzado a expulsar sangre¹. Durante el desarrollo cardíaco, una carga posterior adecuada es de importancia crítica para la maduración de cardiomiocitos². En la edad adulta, los niveles bajos de carga posterior ventricular (por ejemplo, en pacientes postrados en cama con lesión medular de alto nivel³ o en casos muy especiales como el vuelo espacial⁴) pueden dar lugar a la hipotrofia del corazón. Por el contrario, una alta carga posterior puede conducir a hipertrofia cardíaca⁵. Mientras que la hipertrofia cardíaca en atletas de resistencia o mujeres embarazadas se considera beneficiosa y fisiológica, la hipertrofia asociada con hipertensión arterial a largo plazo o estenosis de la válvula aórtica grave es perjudicial ya que predispone a una arritmias cardíacas e insuficiencia cardíaca⁶. Aunque la tasa de mortalidad a 5 años de los pacientes con insuficiencia cardíaca se ha reducido del 70% en la década de 1980⁶ a 40–50%⁷ en la actualidad, todavía existe una gran necesidad de nuevas opciones de tratamiento terapéutico para esta condición altamente prevalente (actualmente 2,2% de la población en el mundo occidental)⁸.

Con el fin de investigar los mecanismos moleculares de la hipertrofia cardiaca patológica y probar estrategias preventivas o terapéuticas para el tratamiento de esta enfermedad, se han desarrollado modelos in vivo de poscarga^{99,10,,11,,12.} Si bien estos modelos han ofrecido información beneficiosa sobre los efectos de la carga posterior en el rendimiento ventricular, no permiten un control fino sobre la magnitud de la carga posterior. Alternativamente, los estudios in vitro de la carga posterior realizados en corazones extirpados y preparaciones musculares permiten un control más preciso sobre la carga de tejidos, pero estos modelos no son propicios para estudios longitudinales^13,,14,,15.

Para superar estos problemas, desarrollamos un modelo in vitro de postcarga elevada en tejidos cardíacos de ingeniería (EHT)^16,,17. Este modelo es un formato de cultivo tridimensional para células de corazón de rata incrustadas en una matriz de fibrina suspendida entre postes de silicona huecos flexibles. Estos tejidos laten espontáneamente (contra la resistencia de los postes de silicona) y realizan trabajos auxiliares. Hemos aumentado la carga posterior aplicada a los EHT en un factor de 12 en experimentos anteriores mediante la inserción de llaves metálicas rígidas en los postes de silicona huecos durante una semana. Esto condujo a una multitud de cambios, característicos de la hipertrofia cardíaca patológica^18,,19,20: hipertrofia de cardiomiocitos, necroptosis parcial, disminución de la fuerza contráctile, deterioro de la relajación tisular, reactivación del programa genético fetal, un desplazamiento metabólico de la oxidación de ácidos grasos a glucólisis anaeróbica, y un aumento de la fibrosis. Aunque este procedimiento se ha empleado con éxito en varios estudios^17,21,22, tiene algunas desventajas. Sólo hay dos estados, bajo o muy alto (12 veces) después de la carga, y el procedimiento requiere el manejo manual de los EGT, lo que limita su flexibilidad temporal y plantea el riesgo de contaminación.

Recientemente, Leonard y otros utilizaron una técnica similar para modular la carga posterior en EHT cultivados en postes de silicona^23. Se colocaron llaves de diferentes longitudes alrededor del exterior de los postes para restringir su movimiento de flexión. Los autores de este estudio informaron que un aumento singular de la carga de fuerza mejorada desarrollo de la fuerza y maduración de EHT derivados de iPS humanos, mientras que las cargas más altas resultaron en un estado patológico. Sin embargo, al igual que nuestro propio sistema, esta técnica sólo permite aumentos singulares en la carga posterior, cuya magnitud está dictada por la longitud de los frenos. Como tal, las alteraciones finas en la carga posterior, las modificaciones en la carga posterior a lo largo del tiempo, y los regímenes de carga precisos no son posibles con estas técnicas.

Aquí, proporcionamos el protocolo para un sistema que se puede utilizar para modular la post-resistencia, es decir, la carga posterior de EhTs magnéticamente²⁴. Esta plataforma facilita el ajuste preciso de la carga posterior, permite los regímenes de postcarga definidos por el usuario y garantiza la esterilidad de EHT.