Il primo muscolo cardiaco da staminali che funziona come un cuore umano / The first stem-like heart muscle that works like a human heart.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

È stato ottenuto da cellule staminali pluripotenti indotte coltivate per sole quattro settimane. La sua struttura e le funzionalità sono simili a quelle di un organo adulto umano. Potrà aiutare a testare farmaci con approccio mirato sul paziente

Viola Ri

La bioingegneria fa passi da gigante. È stato appena ottenuto il primo tessuto cardiaco adulto, formato a partire da cellule staminali umane, che mostra le caratteristiche essenziali per il funzionamento del cuore. Il risultato è stato raggiunto da un gruppo di ricerca guidato dalla Columbia University School of Engineering and Applied Science ed è pubblicato su Nature. Questo modello potrà essere utile, in particolare, per studi sulla fisiologia e sulle malattie che colpiscono il cuore. Ecco come è stato ottenuto.

Il limite dei tessuti del muscolo cardiaco messi a punto fino a oggi, sempre da staminali, riguardava il fatto che le cellule componenti non erano abbastanza mature e non presentavano le proprietà fondamentali per il funzionamento dell’organo. I ricercatori della Columbia sono riusciti a superare questi limiti attraverso un approccio differente, basato sulla coltura in laboratorio di un muscolo cardiaco umano come quello adulto. Il tutto è avvenuto a partire da cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPsc), ovvero cellule staminali che però sono state ottenute da cellule adulte differenziate, ad esempio quelle della pelle.

Queste staminali sono state fatte crescere per una durata totale di quattro settimane – mentre di solito si deve attendere un periodo di circa nove mesi per avere questo risultato. “Dato che finora gli sforzi per creare questi organi sono stati limitati dal livello di maturazione che si è potuto ottenere, abbiamo deciso di tentare un approccio del tutto nuovo”, ha spiegato l’autrice Gordana Vunjak-Novakovic, “l’idea è quella di esplorare il concetto di uno sviluppo accelerato”.

Il nuovo approccio si basa sull’uso, nel loro stadio iniziale (prima che inizi la contrazione spontanea del muscolo), di cardiomiociti, cellule che compongono il tessuto muscolare cardiaco, derivati dalle staminali umane. I cardiomiociti così ottenuti, insieme ad altre cellule di supporto, sono stati incapsulati in una soluzione in cui è presente la fibrina, una proteina importante per il sangue, che insieme alle piastrine forma una rete che serve per chiudere le ferite. Questo composto ha costituito la base del tessuto, che è stato fatto crescere in particolari colture. I ricercatori hanno applicato degli stimoli elettrici ed elastici per aiutare l’organo a contrarsi, aiutando a riprodurre ciò che avviene realmente, dunque la normale contrazione per il corretto funzionamento del cuore. Gli autori, inoltre, hanno anche potuto misurare la frequenza cardiaca, l’ampiezza del battito e la forza delle contrazioni, nonché la risposta ai farmaci ed altre proprietà dell’organo.

Altro elemento riguarda la scelta dei ricercatori di applicare impulsi elettromeccanici la cui frequenza aumentava leggermente ogni giorno: così, il muscolo deve lavorare sempre un po’ di più. L’obiettivo era vedere se si passava da un muscolo ancora nella fase di sviluppo iniziale ad un organo simile a quello nello stadio adulto. E questo risultato è stato raggiunto, spiegano i ricercatori, che dopo quattro settimane hanno osservato una maturazione senza precedenti della struttura del tessuto, del metabolismo e della funzionalità. Dopo questo periodo, infatti, il tessuto mostrava un profilo di espressione genica, una costruzione strutturata e una serie di funzioni che si manifestano nel muscolo cardiaco umano adulto.

Proprio per queste ragioni, concludono i ricercatori, questo modello potrebbe essere utile sia per studiare il cuore in un approccio specifico sul paziente, dunque che si rivolge al singolo individuo, sia per testare la sua capacità di rispondere ai farmaci. Un altro passo in avanti, nella bioingegneria degli organi, che potrebbe aprire una strada per aiutare a comprendere e a trattare meglio alcune malattie potenzialmente anche fatali.

ENGLISH

It was obtained from induced pluripotent stem cells cultured for only four weeks. Its structure and functionalities are similar to those of an adult human organ. It will help to test drugs with a targeted approach to the patient

Bioengineering takes giant steps. The first adult cardiac tissue, formed from human stem cells, has just been obtained, showing the essential characteristics for the functioning of the heart. The result was achieved by a research group led by the Columbia University School of Engineering and Applied Science and published in Nature. This model will be useful, in particular, for studies on physiology and diseases that affect the heart. Here's how it was obtained.

The limit of the tissues of the cardiac muscle developed until today, again from stem cells, concerned the fact that the component cells were not mature enough and did not present the fundamental properties for the functioning of the organ. Columbia researchers have managed to overcome these limitations through a different approach, based on the laboratory culture of a human cardiac muscle like the adult. The whole thing happened starting from human induced pluripotent stem cells (iPsc), that is stem cells that however have been obtained from differentiated adult cells, for example those of the skin.

These stem cells have been grown for a total of four weeks - while usually a period of about nine months is required to achieve this result. "Since the efforts to create these organs have been limited so far by the level of maturation that has been achieved, we decided to try a whole new approach," explained author Gordana Vunjak-Novakovic, "the idea is that to explore the concept of accelerated development ".

The new approach is based on the use, in their initial stage (before the spontaneous contraction of the muscle begins), of cardiomyocytes, cells that make up the heart muscle tissue, derived from human stem cells. The cardiomyocytes thus obtained, together with other supporting cells, have been encapsulated in a solution in which fibrin, an important protein for the blood, is present, which together with the platelets forms a network that serves to close the wounds. This compound formed the basis of the fabric, which was grown in particular crops. The researchers applied electrical and elastic stimuli to help the organ contract, helping to reproduce what actually happens, therefore the normal contraction for the correct functioning of the heart. In addition, the authors were able to measure heart rate, pulse width and contraction strength, as well as the response to drugs and other organ properties.

Another element concerns the choice of researchers to apply electromechanical impulses whose frequency increased slightly every day: so, the muscle must always work a little 'more. The goal was to see if we were moving from a muscle still in the initial development phase to an organ similar to that in the adult stage. And this result has been achieved, explain the researchers, who after four weeks observed unprecedented maturation of tissue structure, metabolism and functionality. After this period, in fact, the tissue showed a profile of gene expression, a structured construction and a series of functions that manifest themselves in the adult human heart muscle.

Precisely for these reasons, the researchers conclude, this model could be useful both to study the heart in a specific approach on the patient, that is addressed to the individual, both to test his ability to respond to drugs. Another step forward, in organ bioengineering, which could open a path to help understand and treat some potentially fatal diseases.

Da:

https://www.wired.it/scienza/biotech/2018/04/05/primo-muscolo-cardiaco-staminali/