Estes dias as pessoas geralmente não morrer de um ataque cardíaco. Mas o dano ao músculo cardíaco é irreversível, ea maioria dos pacientes eventualmente sucumbem à insuficiência cardíaca congestiva, a causa mais comum de morte em países desenvolvidos.
As células-tronco já oferecem esperança para conseguir o que o corpo não pode fazer: remendar corações quebrados. Engenheiros e médicos da Universidade de Washington criaram um andaime que suporta o crescimento e integração de células-tronco derivadas de células musculares cardíacas. A descrição do andaime, que suporta o crescimento de células cardíacas em laboratório e incentiva o crescimento dos vasos sanguíneos em animais vivos, é publicado esta semana na revista Proceedings of National Academy of Sciences.
"Hoje, se você tiver um ataque cardíaco não há nada que os médicos podem fazer para reparar o dano", disse o autor de amigos Ratner, um professor de UW da bioengenharia. "Você está, em essência, condenado a um slide downhill, o desenvolvimento de insuficiência cardíaca congestiva que reduz grandemente a sua vida.
"Seu corpo não pode fazer novas células cardíacas, mas o que se pode oferecer novas células vitais em que parte danificada do coração?"
Ratner e seus colegas construíram um pequeno andaime tubular poroso que oferece suporte e estabiliza as frágeis células cardíacas e pode ser injetado em um coração danificado, onde irá promover o crescimento de células e eventualmente se dissolver. O andaime nova, não só apóia o crescimento do músculo cardíaco, mas potencialmente acelera a capacidade do corpo para fornecer oxigênio e nutrientes para o tecido transplantado. Eventualmente, a idéia é que os médicos semente do andaime com células-tronco do paciente ou de um doador, em seguida, implantá-la quando o paciente é tratado de um ataque cardíaco, antes de tecido cicatricial formou.
Andaimes cardíacos ou outros retalhos de tecidos em fase de desenvolvimento combinar células musculares cardíacas e dois outros tipos de células necessárias para o arranque do crescimento de vasos sanguíneos e tecido conjuntivo. Preparação de cada tipo de células é uma quantidade enorme de trabalho, assim que um andaime que requer apenas um tipo de célula, como este, seria muito mais barato e mais fácil de usar.
Andaime de Ratner é um polímero flexível com poros interligados todos do mesmo tamanho. Este também inclui canais para acomodar preferência células cardíacas dos para fundir juntos em longas cadeias. Os investigadores verificaram primeiro o desenho usando células de galinha embrionárias do coração, e confirmou que o andaime poderiam suportar o crescimento do tecido do coração, em concentrações semelhantes às referidas no tecido do coração vivo.
Eles, então, semeados ao cadafalso com células musculares cardíacas derivadas de células-tronco embrionárias. Estas células sobreviveram e colhido nos canais. Ao longo de cinco dias, as células do músculo cardíaco multiplicado mais rapidamente no ambiente de andaime do que outros tipos de células, e podem sobreviver até 300 micrómetros (aproximadamente o diâmetro de quatro cabelos humanos) da borda andaime - um ponto importante se o andaime é integrar com o corpo.
As células expressaram duas proteínas associadas com a contração do músculo e pode contrair com força suficiente para deformar o andaime.
Os pesquisadores também implantado um andaime nu no coração de um rato vivo para verificar a biocompatibilidade do andaime da. Os resultados mostraram que, após quatro semanas, o coração tinha aceitado o corpo estranho, e novos vasos sanguíneos tinha penetrado no cadafalso.
Por que os vasos sanguíneos penetram tão bem é desconhecido. Uma hipótese envolve o macrófago, uma célula no sistema imunitário, e do tamanho dos poros, o que parece ser crítica. Os macrófagos primeiro atacar o corpo estranho como um invasor e tentar digeri-lo. Eles entram nos poros e estão se aprisionado. Neste ponto, o macrófago parece ligar a partir do seu modo de ataque ao seu modo de cura. A equipe agora está investigando a formação de vasos sanguíneos.
Tecidos do coração precisa de um rico suprimento de sangue, e isso tem sido um dos fatores limitantes para reparação cardíaca e engenharia de tecido vascular, disse o co-autor Chuck Murry, professor de patologia e bioengenharia.
"A primeira coisa que as células transplantados cardíacos tem que fazer é sobreviver. E, quando transição los a partir de um prato de cultura para o corpo, inicialmente não têm um fornecimento de sangue. Portanto, temos de promover o fornecimento de sangue anfitrião o mais rápido possível ", disse Murry.
"Estamos muito otimistas de que este andaime ajudará a manter as células musculares vivo após o implante e vai ajudar a transição deles para os músculos cardíacos de trabalho", disse Murry.
O andaime é feito de um material gelatinoso hidrogel desenvolvido pelo primeiro autor, bioengenharia UW doutorando Lauran Madden. A agulha é usada para implantar a pequena (terceiro de um milímetro de largura por 4 milímetros de comprimento) varas de andaime para o músculo cardíaco. Mas o andaime pode apoiar o crescimento de aglomerados maiores de tecido cardíaco, disse Madden.
Os passos seguintes envolverá ajustando o tempo de degradação de andaime de modo que o suporte degrada à mesma taxa que as células cardíacas proliferar e que os vasos sanguíneos e fibras de suporte crescer e, em seguida implantar um andaime de células-carregado em um coração danificado.
"O que temos agora é um sistema muito bom que vai no prato, e estamos trabalhando para fazer a transição para no corpo", disse Madden.
Bata BioTherapeutics, um Seattle startup co-fundada por Ratner, Murry e co-autor Michael Laflamme, uma UW professor assistente de patologia, planeja licenciar a tecnologia para ajudar a trazê-lo para os pacientes.
Co-autores são Eric Sussman, Janet Cuy e Hauch Kip em bioengenharia da UW, Sarah Dupras e James Fugate em UW patologia, e Derek Mortisen, uma UW engenharia química de pós-graduação.
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