O metodă inovatoare îmbunătățește maturizarea celulelor cardiace cultivate în laborator
Cercetătorii de la Institutul de Inginerie Biomedicală al Universității din Toronto au dezvoltat o nouă metodă pentru a maturiza celulele cardiace cultivate în laborator, astfel încât acestea să semene mai mult cu țesutul cardiac uman adult.
Prin optimizarea cocktailului chimic în care sunt crescute aceste celule, echipa a îmbunătățit structura, activitatea electrică și capacitatea de contracție a acestora. Această avansare ar putea contribui la crearea unor modele mai fiabile pentru studierea bolilor de inimă și testarea de noi medicamente, având în vedere că celulele actuale cultivate în laborator sunt adesea imature.
Rezultatul a fost publicat într-o ediție recentă a revistei Nature Communications. Cercetarea a fost un efort colaborativ care a implicat experți de la Universitatea din Toronto, Centrul de Cercetare Ted Rogers pentru Inimă, Universitatea York, Rețeaua de Sănătate Universitară, Spitalul pentru Copii Bolnavi (SickKids) și Universitatea Dalhousie.
Celulele cardiace derivate din celule stem umane sunt utilizate pe scară largă în cercetare deoarece pot modela biologia umană fără a depinde de teste pe animale. Totuși, aceste celule tind să se comporte mai mult ca celulele cardiace fetale sau nou-născute decât ca cele adulte, limitând astfel utilitatea lor.
Metodele existente pentru îmbunătățirea maturării testează adesea unul sau două factori simultan, neținând cont de interacțiunile complexe dintre numeroasele semnale biologice care au loc în timpul dezvoltării inimii.
Comunitatea celulelor stem a realizat progrese incredibile în producerea diverselor tipuri de celule diferențiate care permit dezvoltarea unei inimi funcționale, dar mecanismele care duc la maturarea acestui țesut rămân neclare. „Este un pic ca și cum ai avea o jumătate dintr-o hartă foarte detaliată.”
În scopul identificării potențialelor formule pentru cercetarea lor, cercetătorii au aplicat o abordare computațională pentru a testa numeroase combinații de nutrienți, hormoni și molecule mici simultan. În loc să evalueze fiecare condiție în parte, au folosit un algoritm pentru a ghida experimentele și a identifica combinațiile promițătoare mai eficient. În total, au fost analizate 169 de formule diferite pe parcursul a patru iterații, selectându-le pe cele care îmbunătățesc modul în care celulele produc și utilizează energie, un indicator cheie al maturării.
Acest proces a dus la crearea unui nou mediu de cultură numit C16. Cercetătorii au descoperit că celulele cardiace crescute în această soluție erau mai mature decât cele cultivate prin metode standard, arătând îmbunătățiri în structura lor fizică, ritmul bătăilor, activitatea electrică și utilizarea energiei.
„Unul dintre cele mai frecvente motive pentru care un medicament promițător nu ajunge la pacienți este că prezintă semne de cardiotoxitate în studiile clinice”, afirmă Callaghan.
„Modelele animale nu sunt adesea foarte fiabile în prezicerea acestei cardiotoxicități, iar ca urmare, este mai lent și mai costisitor să se producă medicamente eficiente. În cele din urmă, pacienții rămân în așteptare. Sperăm că aceste metode noi pot ajuta la îmbunătățirea predicțiilor noastre privind cardiotoxitatea în testarea farmaceutică.”
Pe lângă testarea formulei în celule individuale, cercetătorii au aplicat-o la țesuturi miniaturale 3D de inimă cultivate în laborator. Această platformă replică mai bine arhitectura fizică complexă a inimii umane. Combinând mediu de creștere 3D cu noua formulă nutritivă, echipa a produs țesut cardiac cultivat în laborator care bate mai puternic și prezintă o organizare structurală mai bună decât modelele anterioare. Ca rezultat, țesutul se comportă mai mult ca o inimă reală, rămânând totuși mai simplu de implementat în setările standard de laborator decât alte abordări specializate.
Privind spre viitor, cercetătorii au ca obiectiv avansarea abordării lor către aplicații practice. Echipa a licențiat deja mediu către Axol Bioscience, care îl comercializează sub denumirea de MyoMax pentru utilizare în cercetare. În plus, împreună cu profesorul Julie Audet, au co-fondat boutIQ Solutions, o start-up care folosește învățarea automată pentru a optimiza formulările de medii de înaltă performanță.
„Colaborând cu boutIQ Solutions, următorul nostru pas este să creăm formulări de mediu și mai bune pentru a crește celule musculare cardiace mature care pot fi utilizate pentru a repara daunele cauzate de un atac de cord”, afirmă profesorul Craig Simmons.
