Investigadores israelíes desarrollan un modelo en miniatura de un corazón humano que late a partir de células madres

Un equipo colaborativo de investigadores de varias instituciones israelíes ha creado un pequeño corazón palpitante del tamaño de un tercio de un grano de arroz.

Según el profesor Yaakov Nahmias, quien dirigió la investigación, es el primer modelo de corazón desarrollado a partir de células madre con todas las estructuras clave, incluidos los ventrículos, las aurículas, el epicardio (capa externa), el endocardio (revestimiento interno) y marcapasos naturales. (Los modelos anteriores han sido simplemente grupos de células del músculo cardíaco).

“Lo que hace que esto sea aún más innovador es que debido a que pudimos hacer este corazón en el laboratorio, pudimos ponerle sensores que nos dijeron cómo funciona y obtener una idea de la fisiología del corazón humano”, dijo Nahmias, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, Technion-Israel Institute of Technology y Tissue Dynamics Ltd.

Los organoides humanos brindan a los investigadores oportunidades sin precedentes, y los hallazgos podrían conducir a avances farmacológicos que de otro modo no podrían ocurrir. Por ejemplo, el modelo de corazón diminuto es fundamental para estudiar la fisiología del órgano humano (los corazones de los modelos de animales pequeños, como los ratones, difieren demasiado de los de los humanos).

“Si quieres estudiar el corazón, tienes un gran problema si estás usando animales. Muchas cosas, como los canales en los corazones de los ratones, son muy diferentes de los humanos y muchas de las drogas y muchas de las enfermedades simplemente no se traducen”, dijo Nahmias a The Times of Israel.

Nahmias y sus colaboradores publicaron un estudio en la revista Nature Biomedical Engineering revisada por pares el 7 de agosto sobre sus descubrimientos sobre la actividad metabólica en los miles de pequeños corazones, cada uno de medio milímetro, cultivados en el laboratorio.

Los científicos descubrieron que la actividad metabólica del corazón oscila, o cambia, muy rápido, en milisegundos. Esto fue completamente inesperado, ya que generalmente se ha entendido que el metabolismo cambia más lentamente.

“No se supone que el metabolismo sea tan rápido. Pensamos en los cambios del metabolismo cuando comes, que suceden en horas, tal vez minutos. No debería cambiar en milisegundos”, dijo Nahmias.

Los investigadores también descubrieron que los cambios metabólicos súper rápidos estaban acoplados con la actividad eléctrica del corazón. Observaron ondas de iones de calcio dentro y fuera de la célula, y dentro y fuera de las mitocondrias, cambiando esencialmente la capacidad del corazón para respirar. Estas ondas causaron una arritmia cardíaca.

“Esto simplemente no sucede en los ratones. En ratones, sabemos que el metabolismo puede cambiar, pero cambia con la actividad del corazón. Es una función de cuánto está trabajando el corazón. Cuanto más trabaja, más necesita glucosa, por ejemplo. Pero [con los modelos de corazón humano], era la actividad eléctrica y no una actividad mecánica”, señaló Nahmias.

Luego, los investigadores centraron su atención en el hecho de que muchos medicamentos de quimioterapia causan arritmias en humanos (pero no en ratones). Estudiaron la mitoxantrona (que se usa para tratar el cáncer de mama, el linfoma no Hodgkin, la leucemia mieloide aguda en adultos y la esclerosis múltiple) y descubrieron que causa arritmias al bloquear la vía fisiológica que se descubrió en los microcorazones. La mitoxantrona cierra el canal que permite que los iones entren y salgan de la mitocondria.

“Entonces descubrimos la razón por la que se sabe que este medicamento puede causar eventos cardíacos. Luego entramos con otro medicamento llamado metformina, que se usa para tratar la diabetes, para revertir algunas de las arritmias que vimos. La metformina, debido a que es un medicamento para la diabetes, vuelve a abrir el canal y esencialmente aumenta la seguridad del medicamento contra el cáncer”, explicó Nahmias.

Dijo que tomaría un año y medio a dos años diseñar y llevar a cabo un control de placebo y un ensayo de calidad a gran escala para demostrar la eficacia clínica de los hallazgos de su grupo de investigación.

“Pero los médicos con [pacientes oncológicos relevantes] que están analizando este trabajo pueden recetar metformina ahora mismo en función de su propia percepción de la enfermedad y el tratamiento”, dijo.

Utilizando un sistema robótico especial en su empresa Tissue Dynamics en Rehovot, Nahmias y su equipo pueden producir y manipular 20 000 organoides humanos a la vez. Debido a que son tan pequeños, es posible ejecutar una gran cantidad de estudios en paralelo.

Tissue Dynamics ya ha desarrollado modelos de riñón e hígado humanos en pleno funcionamiento, y ahora también tiene este modelo de corazón, todo lo cual se puede conectar a sensores.

Más allá de analizar las arritmias, Nahmias dijo que posiblemente le gustaría usar los microcorazones para explorar el ámbito de la isquemia cardíaca o ataque cardíaco y cómo limitar el daño y promover la regeneración. Otra área a explorar es el tema del envejecimiento del órgano y la detención de la hipertrofia (endurecimiento del músculo cardíaco).

“En dos años, a mi laboratorio le gustaría estar produciendo organoides cerebrales. Esa es la próxima frontera”, dijo Nahmias.

“Los cerebros son muy complejos, pero por otro lado, cuando observas enfermedades como la epilepsia, observas un tipo de evento arritmogénico en el cerebro. Es una interrupción eléctrica… Hay muchos problemas en el cerebro para los que debemos encontrar una solución”, dijo.

Traduccion Radiojai.com