Fabrican el primer músculo cardíaco humano adulto a partir de células madre

Los autores subrayan que la posibilidad de generar tejido cardíaco humano que se comporte como el músculo cardíaco nativo sería « transformador » para la investigación biomédica, ya que permitiría a los investigadores estudiar la fisiología humana y las enfermedades cardiovasculares en condiciones totalmente controladas. Además, este tejido facilitaría la identificación de dianas farmacológicas y conducirá a nuevas modalidades de tratamiento cardioprotector o curativo. El estudio se publica hoy en « Nature ».

Las células madre tienen el potencial de convertirse en muchos tipos diferentes de células. Sin embargo, las células humanas pierden esta capacidad una vez que han madurado, razón por la cual, por ejemplo, las células del corazón no deciden espontáneamente convertirse en células de pulmón. Las células madre pluripotentes inducidas son células obtenidas de un adulto que han sido manipuladas, o inducidas, en un estado de células madre.

Los investigadores pueden dirigir estas células hacia diferentes tipos de células mediante diversos estímulos químicos y físicos. En esta ocasión, los científicos han podido diseñar tejido cardíaco utilizando cardiomiocitos derivados de iPS. Sin embargo, obtener un tejido de ingeniería que puede imitar con éxito las complejidades de las células cardíacas humanas adultas no es fácil y, hasta ahora, no se había logrado en el laboratorio.

Para lograrlo, explica Gordana Vunjak-Novakovi, profesora de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Columbia. «f orzamos al músculo cardíaco cultivado a atravesar la transición fetal a postnatal mediante un desarrollo acelerado ». Los investigadores estimularon eléctricamente las células madre iPS en etapa temprana y, poco a poco, aumentaron la frecuencia de las contracciones inducidas eléctricamente, poco a poco, todos los días. En tan solo cuatro semanas de cultivo, «los tejidos respondieron y mostraron una expresión génica parecida a la de los adultos, una estructura notablemente organizada y una serie de características funcionales vistas en el músculo cardíaco maduro». Este enfoque, afirman, es radicalmente nuevo, ya que se ha comprimido el marco de tiempo para el desarrollo del músculo, ya que normalmente hacen falta nueve meses.

El otro avance importante de este estudio es que, en lugar del suave estiramiento mecánico que está presente en un corazón fetal en desarrollo, los investigadores aplicaron un régimen especial de acondicionamiento electromecánico, aumentando poco a poco la frecuencia de contracciones inducidas eléctricamente todos los días. Este régimen forzó el músculo cultivado a trabajar, cada día, de forma más dura que el anterior. El objetivo era ver si el corazón rediseñado respondería como un corazón ‘nativo’ acomodando gradualmente el aumento de carga y haciendo la transición fetal a postnatal.

La técnica funcionó. Los investigadores vieron cambios integrales en todos los niveles, lo que llevó a una maduración rápida y sin precedentes de la estructura del tejido, el metabolismo y la función. En solo cuatro semanas de cultivo, los tejidos mostraron perfiles de expresión génica parecidos a los adultos, ultraestructura notablemente organizada y una serie de características funcionales vistas en el músculo cardíaco humano maduro : la longitud fisiológica del sarcómero (maquinaria contráctil de la célula); densidad fisiológica de las mitocondrias (fábrica de energía de la célula); presencia de túbulos transversales (características críticas, previamente no documentadas, de la membrana celular que ayudan a la célula a responder rápidamente a los cambios en el calcio y transmitir señales), y el cambio al metabolismo oxidativo y al manejo funcional del calcio.

«El tejido resultante no tiene precedentes en cuanto a su similitud con el tejido humano funcional», dijo Seila Selimovic, directora del programa del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU . «La capacidad de desarrollar tejido cardíaco maduro en tan poco tiempo es un paso importante para acercarnos a tener modelos fiables de tejido humano para las pruebas de con nuevos fármacos». Cuanto mejor emulen los tejidos diseñados el corazón humano, mejor podrán predecir los efectos que las medicamentos o los factores ambientales tienen en el tejido cardíaco real de un paciente . Selimovic destaca que tener un modelo de tejido humano confiable ayudaría a que el desarrollo de fármacos sea significativamente más rápido, más seguro y más barato.