Un equipo de investigadores del MIT y del Children's Hospital Boston ha construido parches cardíacos con pequeños alambres de oro que podrían usarse para crear trozos de tejido cuyas células laten todas al mismo tiempo. imitando la dinámica del músculo cardíaco natural. El desarrollo podría algún día ayudar a las personas que han sufrido ataques cardíacos.

El estudio, informó esta semana en Nanotecnología de la naturaleza , promete mejorar los parches cardíacos existentes, que tienen dificultad para alcanzar el nivel de conductividad necesario para asegurar un suave, “latido” continuo a lo largo de un gran trozo de tejido.

"El corazón es una pieza de maquinaria eléctricamente bastante sofisticada, "Dice Daniel Kohane, profesor de la División de Ciencias y Tecnología de la Salud (HST) de Harvard-MIT y autor principal del artículo. “Es importante que las células laten juntas, o el tejido no funcionará correctamente ".

El nuevo enfoque único utiliza nanocables de oro esparcidos entre las células cardíacas a medida que se cultivan in vitro, una técnica que "mejora notablemente el rendimiento del parche cardíaco, ”Dice Kohane. Los investigadores creen que la tecnología puede eventualmente dar como resultado parches implantables para reemplazar el tejido que ha sido dañado en un ataque cardíaco.

Los primeros coautores del estudio son el postdoctorado del MIT Brian Timko y el ex postdoctorado del MIT Tal Dvir, ahora en la Universidad de Tel Aviv en Israel; otros autores son sus colegas de HST, Children's Hospital Boston y el Departamento de Ingeniería Química del MIT, incluido Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch.

Ka-thump, ka-thump

Para construir tejido nuevo, Los ingenieros biológicos suelen utilizar andamios en miniatura que se asemejan a esponjas porosas para organizar las células en formas funcionales a medida que crecen. Tradicionalmente, sin embargo, Estos andamios se han fabricado con materiales con baja conductividad eléctrica, y para células cardíacas, que dependen de señales eléctricas para coordinar su contracción, eso es un gran problema.

“En el caso de los miocitos cardíacos en particular, necesita una buena unión entre las células para obtener la conducción de la señal, ”Dice Timko. Pero el andamio actúa como aislante, bloquear las señales para que no viajen mucho más allá de los vecinos inmediatos de una celda, y haciendo casi imposible que todas las células del tejido se unan como una unidad.

Para resolver el problema, Timko y Dvir aprovecharon sus antecedentes complementarios:los de Timko en nanocables semiconductores, Dvir está en ingeniería de tejidos cardíacos, para diseñar un material de andamio completamente nuevo que permita el paso de señales eléctricas.

"Empezamos a hacer una lluvia de ideas, y se me ocurrió que en realidad es bastante fácil cultivar nanoconductores de oro, que por supuesto son muy conductoras, ”Dice Timko. "Puedes cultivarlos para que tengan un par de micrones de largo, que es más que suficiente para atravesar las paredes del andamio ".

De micrómetros a milímetros

El equipo tomó como material base el alginato, una sustancia orgánica similar a la goma que se usa a menudo para andamios de tejidos. Mezclaron el alginato con una solución que contenía nanocables de oro para crear un andamio compuesto con miles de millones de diminutas estructuras metálicas que lo atraviesan.

Luego, sembraron células cardíacas en el compuesto de alginato de oro, probar la conductividad del tejido cultivado en el material compuesto en comparación con el tejido cultivado en alginato puro. Debido a que las señales son conducidas por iones de calcio dentro y entre las células, los investigadores pudieron comprobar qué tan lejos viajan las señales observando la cantidad de calcio presente en diferentes áreas del tejido.

"Básicamente, el calcio es la forma en que las células cardíacas se comunican entre sí, así que etiquetamos las células con un indicador de calcio y colocamos el andamio bajo el microscopio, ”Dice Timko. Allí, observaron una mejora espectacular entre las células cultivadas en el andamio compuesto:el rango de conducción de señales mejoró en aproximadamente tres órdenes de magnitud.

"En saludable, tejido cardíaco nativo, estás hablando de conducción en centímetros, ”Dice Timko. Previamente, El tejido cultivado en alginato puro mostró una conducción de solo unos pocos cientos de micrómetros, o milésimas de milímetro. Pero la combinación de nanocables de alginato y oro logró la conducción de la señal en una escala de "muchos milímetros, ”Dice Timko.

"Es realmente de día y de noche. El rendimiento que tienen los andamios con estos nanomateriales es simplemente mucho, mucho mejor, ”Dice Kohane.

"Es un trabajo muy hermoso, "Dice Charles Lieber, profesor de química en la Universidad de Harvard. "Creo que los resultados son bastante inequívocos, y muy emocionante, tanto por demostrar fundamentalmente que han mejorado la conductividad de estos andamios, y luego cómo eso claramente marca la diferencia en la mejora de la activación colectiva del tejido cardíaco ".

Los investigadores planean realizar estudios in vivo para determinar cómo funciona el tejido desarrollado con composite cuando se implanta en corazones vivos. Aparte de las implicaciones para los pacientes con ataque cardíaco, Kohane agrega que el exitoso experimento "abre un montón de puertas" para diseñar otros tipos de tejidos; Lieber está de acuerdo.

"Creo que otras personas pueden aprovechar esta idea para otros sistemas:en otras células musculares, otras construcciones vasculares, quizás incluso en sistemas neuronales, esta es una forma sencilla de tener un gran impacto en la comunicación colectiva de las células, ”Dice Lieber. "Mucha gente se va a lanzar a esto".