Investigadores de la Universidad de California, en colaboración con científicos de los Institutos Gladstone, ambos en Estados Unidos, han desarrollado un modelo para hacer crecer tejido cardiaco palpitante a partir de células madre. Los expertos utilizaron señales bioquímicas y biofísicas para impulsar las células madre a diferenciarse y autoorganizarse en tejido cardiaco a escala micrométrica. Imitaron la formación de tejido humano partiendo de células madre reprogramadas genéticamente de tejido de la piel de adultos para formar pequeñas cámaras con células del corazón humano palpitantes. Las células madre sin diferenciar se colocaron sobre una superficie que sigue un modelo circular y que sirve para regular físicamente la diferenciación celular y el crecimiento. Tras dos semanas, las células, que comenzaron en un entorno exterior de dos dimensiones, empezaron a incorporarse a una estructura 3D, como una microcámara palpitante. Por otra parte, las células se autoorganizaron basándose en si estaban colocadas a lo largo del perímetro o en medio de la colonia.
En comparación con las células del centro, las células situadas a lo largo del borde experimentaron un mayor estrés mecánico y tensión y se parecían más a los fibroblastos, que forman el colágeno del tejido conectivo. Las células del centro, en contraste, se desarrollaron en células del músculo cardiaco. Esta organización espacial se observó tan pronto como comenzó la diferenciación. Las células en el centro perdieron la expresión del factor de transcripción 4 de unión a octámero (Oct4) y cadherina epitelial (E-cadherina) más rápidamente que las células del perímetro, que son críticas para el desarrollo de los tejidos del corazón.
“Esta diferenciación espacial ocurre en la biología natural, pero hemos demostrado este proceso in vitro”, destaca el autor principal del estudio Zhen Ma, investigador postdoctoral de bioingeniería en la Universidad de Berkeley.
Crear un modelo de desarrollo del corazón temprano es difícil en un plato de cultivo de tejidos y placas de Petri, según los autores del estudio, por lo que siempre se ha utilizado la disección de animales en diferentes etapas de desarrollo para estudiar la formación de órganos y cómo ese proceso puede funcionar mal.
Para probar el potencial del sistema como una herramienta de detección farmacológica, los autores expusieron las células que se diferencian a la talidomida. Encontraron que a dosis terapéuticas normales, el fármaco llevó al desarrollo anormal de microcámaras, incluyendo disminución de tamaño, problemas con la contracción del músculo y tasas de ritmo inferiores en comparación con el tejido del corazón que no había sido expuesto a la talidomida.
“Elegimos el cribado de toxicidad de medicamentos para el desarrollo cardiaco con el fin de demostrar una aplicación clínicamente relevante de las microcámaras cardiacas”, apunta Bruce Conklin, del Instituto Gladstone. “Cada año, hasta 280.000 mujeres embarazadas están expuestas a fármacos que pueden ser dañinos para el feto”. Esta tecnología, añade este experto, puede ser útil para “seleccionar fármacos susceptibles de generar defectos congénitos cardiacos y orientar las decisiones sobre qué medicamentos son peligrosos durante el embarazo”.
