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Creare un Cuore Patch
Il tessuto cardiaco ingegnerizzato ha bisogno di un apporto costante di ossigeno e sostanze nutritive per sopravvivere dopo essere stato innestato nel cuore. Nel tentativo di affrontare questo problema, i ricercatori dell'Università Ben-Gurion del Negev, dell'Università di Tel-Aviv e del Centro medico dell'Università Soroka in Israele hanno sviluppato un metodo che utilizza il corpo come bioreattore per costruire vasi sanguigni funzionanti in un sistema cardiaco bioingegnerizzato toppa. I risultati, pubblicati questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , rappresentano un passo cruciale verso la generazione di un materiale bioingegnerizzato in grado di riparare il tessuto cardiaco danneggiato.
Cuore di guarigione: Una settimana dopo essere stato impiantato nell'addome di un ratto, questo tessuto cardiaco ingegnerizzato (viola) è stato infiltrato da vasi sanguigni funzionali (ovali cavi) che contengono globuli rossi (dischi rossi).
Diversi laboratori in tutto il mondo hanno lavorato su modi per ingegnerizzare il tessuto cardiaco vivente seminando un'impalcatura tridimensionale con cellule del muscolo cardiaco o con cellule staminali che possono essere persuase a formare questi miociti cardiaci. Ciò su cui generalmente non si sono concentrati sono le strategie per creare l'infrastruttura per supportare questi miociti, afferma Federico Schoen , professore di scienze e tecnologia della salute presso la Harvard Medical School e il Brigham and Women's Hospital. Tale infrastruttura include vasi sanguigni che portano ossigeno ai miociti immigrati mentre cercano di integrarsi nel tessuto cardiaco esistente. Senza quel supporto vascolare, la maggior parte delle cellule impiantate morirà.
In un cuore sano, ogni singolo miocita è fiancheggiato da due capillari, dice Gordana Vunjak-Novakovic , professore di ingegneria biomedica alla Columbia University. Negli impianti senza vasi sanguigni, solo le cellule più esterne possono assorbire l'ossigeno. Di conseguenza, queste toppe sembrano una caramella M&M, dice Vunjak-Novakovic. Cellule sane all'esterno, cellule morte all'interno.
Per incoraggiare la vascolarizzazione nei cerotti cardiaci ingegnerizzati, i ricercatori israeliani hanno infuso uno scaffold seminato da miociti con fattori di crescita che promuovono la sopravvivenza cellulare e la crescita di nuovi vasi sanguigni. Hanno quindi impiantato ogni cerotto cardiaco nell'omento di un ratto vivente, la membrana ricca di vasi sanguigni che collega e sostiene gli organi addominali. Entro una settimana, i cerotti sono stati popolati con vasi sanguigni maturi. I ricercatori hanno quindi asportato i cerotti vascolarizzati e li hanno trapiantati nel cuore di ratti con infarto del miocardio. Un mese dopo, i cerotti sembravano non solo sopravvivere, ma essere ben integrati con il tessuto cardiaco degli animali. I cerotti hanno migliorato l'attività cardiaca dei ratti, i miociti hanno formato fibre muscolari in grado di contrarsi e i ricercatori hanno potuto vedere i globuli rossi all'interno dei vasi sanguigni, il che significa che anche loro erano perfettamente funzionanti, afferma Smadar Cohen, professore di biotecnologia. ingegneria presso la Ben-Gurion University e autore senior dello studio.
Vunjak-Novakovic è entusiasta della ricerca. Hanno fatto sì che la natura lavorasse per loro, dice. E hanno dimostrato che l'apporto vascolare fa la differenza per la funzionalità del tessuto cardiaco ingegnerizzato.
In qualche modo, i vasi sanguigni potrebbero essere più importanti dei miociti. Questo è l'elefante nella stanza di cui non tendiamo a parlare, dice Schoen di Harvard. Nessuno sa se i miociti sono necessari. Forse se puoi iniettare qualcosa che rivascolarizza l'area danneggiata del cuore, potrebbe essere tutto ciò di cui hai bisogno.
Infatti, nello studio di Cohen, i ratti che hanno ricevuto un cerotto vascolarizzato senza miociti hanno anche mostrato un miglioramento della loro funzione cardiaca. Questi cerotti privi di miociti si sono anche integrati nel tessuto locale e hanno ispessito la cicatrice che rimane dopo un infarto. Quel rafforzamento da solo può alleviare parte dell'allungamento della parete del muscolo cardiaco danneggiata e quindi migliorare la contrattilità, dice Cohen.
Con o senza miociti, l'approccio non è ancora pronto per la clinica. È un progresso significativo della ricerca che dimostra un approccio alla crescita della vascolarizzazione in un tessuto ingegnerizzato, afferma Schoen. Ma non siamo molto più vicini alla realizzazione di cerotti per muscolo cardiaco ingegnerizzati per i pazienti che hanno malattie cardiache. Per prima cosa, la strategia richiede due cicli di intervento chirurgico: uno per impiantare il cerotto nell'addome e un secondo per spostarlo nel cuore. E Cohen sottolinea che i pazienti con malattia coronarica generalmente non sono in condizioni di tollerare quel tipo di trattamento invasivo.
Ma il modello potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio i meccanismi molecolari che guidano la vascolarizzazione e ciò potrebbe consentire la crescita di un cerotto pronto con i vasi sanguigni in posizione prima dell'impianto. Meglio ancora, dice Cohen, sarebbe un materiale che potrebbe indurre la rigenerazione nel cuore stesso, qualcosa su cui lei e i suoi colleghi stanno lavorando. Penso che tutti questi approcci dovrebbero essere tecnicamente possibili, afferma Cohen. Abbiamo solo bisogno di fare più buona scienza per trovare quella migliore.