Summary

Gleichzeitige elektrische und mechanische Stimulation, Cells Cardiomyogenic Potenzial zu steigern

Published: January 18, 2019
doi:

Summary

Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Ausbildung einer Zellpopulation, die mit elektrischen und mechanischen Reizen emuliert kardiale Physiologie. Diese elektromechanische Stimulation erhöht das Cardiomyogenic Potenzial der behandelten Zellen und ist eine vielversprechende Strategie für weitere Zelltherapie, Krankheit Modellierung und Drogen-Screening.

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in den entwickelten Ländern. Infolgedessen hat die Nachfrage nach effektiven Herzmuskelzellen Therapien motiviert, Forscher in der Stammzelle und Bioengineering Felder in Vitro High-Fidelity-menschlichen Myokard für Grundlagenforschung und klinische Anwendungen zu entwickeln. Die unreife Phänotyp der Herzmuskelzellen ist jedoch eine Beschränkung auf den Erhalt von Gewebe, die funktionell die adulten Myokard imitieren charakterisiert vor allem durch mechanische und elektrische Signale. Somit ist der Zweck dieses Protokolls zu bereiten und Reifen der Ziel-Zell-Population durch elektromechanische Stimulation Rekapitulation physiologische Parameter. Herzgewebe Engineering entwickelt sich in Richtung mehr biologische Ansätze und Strategien basierend auf biophysikalische Reize, so sind an Dynamik gewinnt. Für diesen Zweck entwickelte Gerät ist einzigartig und ermöglicht individuelle oder gleichzeitige elektrische und mechanische Stimulation, sorgfältig gekennzeichnet und validiert. Zusätzlich, obwohl die Methodik dieser Stimulator und einer bestimmten Zellpopulation optimiert wurde, kann es leicht auf andere Geräte und Zell-Linien angepasst werden. Die Ergebnisse hier bieten Beweis für das erhöhte kardiale Engagement der Zellpopulation nach elektromechanische Stimulation. Elektromechanisch stimulierte Zellen zeigen einen erhöhte Ausdruck der wichtigsten kardialen Marker, einschließlich der frühen, strukturellen und Calcium-regulierende Gene. Diese Zelle Klimaanlage könnte für weitere regenerative Zelltherapie, Krankheit Modellierung und Hochdurchsatz-Drogen-Screening nützlich sein.

Introduction

Herz-Funktion basiert auf der Kopplung von elektrischen Erregung und mechanische Schrumpfung. Kurz, Cardiomyocyte interzelluläre Verbindungen ermöglichen elektrische Signalausbreitung fast synchronen Kontraktionen des Herzens, Blut zu Pumpen systemisch und durch Lungensystems produzieren. Herzzellen, unterziehen damit, elektrische und mechanische Kräfte, die Genfunktion Ausdruck und Mobilfunk zu regulieren. Dementsprechend haben viele Gruppen, Kultur-Plattformen entwickeln, die die kardiale physiologische Umgebung um zu verstehen, die Rolle der mechanischen und elektrischen Stimulation auf kardiale Entwicklung, Funktion und Reifung zu imitieren versucht. In-vitro- elektrische und mechanische Reize wurden individuell umfassend angewendet im Herzgewebe Engineering bis zur funktionelle Eigenschaften verbessern, die Zelle Reifung oder Verbesserung der Zell-Zell-Kupplung und Kalzium Umgang mit1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21. synchrone elektromechanische Klimaanlage bleibt jedoch ungenutzt, wegen der Herausforderung einen Stimulator und ein Protokoll zu entwickeln, und wegen der obligatorischen Optimierung22.

Vorarbeiten wurden elektromechanische Stimulation als eine Kombination von Elektrostimulation und Medien Perfusion, Allerdings beinhaltet die Strömung die Stamm-basierten Verformung typische ventrikuläre Füllung23,24,25. Später kombiniert weitere physiologische Ansätze elektrische Reize mit physischen Deformation oder Strecken, um die Isovolumetric Kontraktion26,27,28,29,30 imitieren ,31. Feng Et Al. beschrieben die erste Demonstration der elektromechanische Stimulation im Jahr 2005, Berichterstattung, Cardiomyocyte Größe und kontraktile Eigenschaften26verbessert. Wang Et Al. mesenchymalen Stammzellen mit 5-Azacytidine vorbehandelt und gleichzeitige elektrische und mechanische Klimaanlage, Verbesserung der Recellularization, Zellviabilität, kardialen Differenzierung und Gewebe Umbau27angewendet. Seit diese Veröffentlichungen mehr Gruppen berichteten über elektromechanische Stimulation der Zelle Monolagen oder Gewebe (z.B. Schwarz28, Vunjak-Novakovic29,31, und unsere Gruppe30) entwickelt, mit der erste klimatisierte Zellen getestet in-vivo30. Kurz, Morgan und schwarz getestet mehrere Kombinationen von elektrischen und mechanischen Reizen, berichtet, dass das Timing zwischen Stimulationen entscheidend war, weil verzögerte kombinierte elektromechanische Stimulation der besten Ergebnisse28ergab. Als nächstes Godier-Furnémont und Mitarbeiter eine elektromechanische Stimulation Protokoll für technische Herz Muskel Konstrukte von neonatalen Ratte Herzzellen optimiert und erreicht, zum ersten Mal eine positive Kraft-Frequenz Beziehung29. Danach berichtete unserer Gruppe, dass elektromechanisch vorkonditionierten Zellen den Ausdruck der wichtigsten kardialen Marker in Vitro erhöht und breit vorteilhaft in-vivo Effekte, wie z. B. verbesserte Herzfunktion oder erhöht Schiff Dichte in der Infarkt Border Region30. Die jüngste Publikation gezeigt, dass kardiale Gewebe aus Stamm-abgeleitete Herzmuskelzellen elektromechanische Klimaanlage erreicht eine Reifung Ebene näher an menschlichen Erwachsenen kardialen Struktur und Funktion31unterzogen. Darüber hinaus alternative dreidimensionale Stimulierung Plattformen umfassen elektroaktive Gerüste, die bieten elektrische, mechanische und topographische Hinweise, um die Zellen32befestigt. Darüber hinaus kann auch mechanische Verformung (Zelle Monolage stretching und Kompression) mit dehnbaren Elektroden imitiert normalen physiologischen Bedingungen als auch extreme Bedingungen33induziert werden.

Daher ist die Begründung, dass in-vitro-elektromechanische Reize basierend auf physiologischen Bedingungen das Cardiomyogenic Potential einer Zelle steigern könnte. In der Tat, könnte diese Stimulation profitieren weitere Integrationen von therapeutischen Zellen in das Myokard in einem Szenario mit klinischen oder Gewebe Reifung für Drogentest Anwendungen zu erhöhen.

Darüber hinaus wir isoliert und charakterisiert eine Bevölkerung von menschlichen Fettgewebe abgeleitet Vorläuferzellen der kardialen Ursprungs (kardiale ATDPCs)34. Diese Zellen befinden sich in das epicardial Fett. Diese Zellen anzeigen histopathologische und funktional wohltuend bei der Behandlung von Herzinfarkt und auch pflegen Herz- und endothelialen Differenzierung Potenzial. 30 , 35. wir vermutet, dass diese Vorteile nach biophysikalischen Stimulation erhöhen würde.

Infolgedessen entwickelt ein Gerät und eine Anregung für die Zell-Population von Interesse und untersuchte die Auswirkungen. Dieses elektromechanische Protokoll ist eine neue Strategie zur aktiven Zelle erstreckt sich auf sterile Weise zu induzieren und nicht-invasiv im Vergleich zu früheren Veröffentlichungen36, in Kombination mit elektrischen Feldes Stimulation. Die Technik hier berichtet beschreibt im Detail die Vorrichtung und Verfahren für die elektrische, mechanische und elektromechanische Stimulation der Zellen verwendet.

Dieses Gerät kann sowohl mechanische als auch elektrische Stimulation, unabhängig voneinander oder gleichzeitig bereitstellen. Die Stimulation erfolgt mit einem nicht-invasive und aseptische neuartiger Ansatz, die Elektroden im Inneren einer standard Kultur-Platte und eine Plattform, die die mechanische und elektrische Kräfte (Abbildung 1) induziert Elektrodenspitzen Zelle unterstützt.

Die Plattform fasst bis zu sechs Kultur Platten und besteht aus einer Sandwichstruktur von lasergeschnittenen Poly(methyl methacrylate) und Leiterplatte Stücke. Die Plattform Prototyp stützt sich auf eine Kombination von ein monophasisch programmierbare computergesteuerten elektrischen Stimulator eine Leiterplatte für die stabile Verbindung der Elektroden und sechs 10 mm x 10 mm x 5 mm vernickelter Neodym-feste Magneten platziert in der Nähe von einer Seite des Kultur-Platten. Außerdem gibt es eine Aluminium-Bar mit sechs treibenden Magnete (Gleiches Modell) vor der anderen Seite der Kultur Platten gelegt und zog mit einem linearen Servomotor. Der Motor wird von einer Motorsteuerung, betrieben durch einen RS-232-Port von kommerzieller Software angetrieben (siehe die Tabelle der Materialien). Durch die Benutzeroberfläche und programmierbarer Stimulator ist es möglich, programmieren Sie die elektrischen Intensität, die Pulsdauer und Frequenz, die Häufigkeit der mechanischen Stimulation, die Einschaltdauer, die Anzahl der Impulse, die Impuls-Amplitude (Magnet Ausflug), und die Steigung.

Figure 1
Abbildung 1 : Elektromechanischer Stimulator. (A) PDMS Konstrukt für die Konditionierung der Zelle verwendet. (B) Zeichnung des PDMS Konstrukts, einschließlich Elektroden und Magnete. (C) Detail der Leiterplatte (Plattform) verwendet, um die elektromechanische Konditionierung durchzuführen. Dieses Panel verändert wurde, vom Llucià-Valldeperas Et Al.30. (D) Bild von der elektromechanische Stimulation-Plattform und Benutzeroberfläche (Computer). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Der Stimulator und die Methode für die elektromechanische Konditionierung sind vollständig in zwei internationale Patente, WO-2013185818-A1-37 und WO-2017125159-A138beschrieben.

Das biokompatible Silikon Konstrukte entwickelt, um strukturelle Unterstützung Zellen, Elektroden und Magnete wurden beschriebenen zuvor10,21. Kurz, Sie bestehen aus Polydimethylsiloxan (PDMS), geformt und bei Raumtemperatur mit einem Elastizitätsmodul von 1,3 MPa, in der Nähe von physiologischen Ebenen geheilt. Das Konstrukt enthält einen Zelle Kultur Pool in einem flexiblen Bereich (10 x 10 x 2 mm), zwei innere quer-Steckplätze, die Elektroden zu halten, und zwei eingebettet 6 x 2 mm x 4 mm vernickelter Neodym-Magneten. Die Elektroden sind mit 0,2 mm Platin Draht verdreht um eine 2 x 3 mm x 12 mm Polytetrafluorethylen (PTFE) core-bar (21 cm pro Elektrode, ca. 23 Kurven) und platziert auf gegenüberliegenden Seiten des flexiblen Bereich erstelle ich ein elektrisches Feld zur Induktion gebaut elektrische Stimulation. Mechanische Dehnung wird durch magnetische Anziehungskraft zwischen Magneten, eingebettet in die Unterstützung und externen Magneten platziert neben der Kultur-Platte und auf dem beweglichen Arm Aluminium erreicht. Auf diese Weise kann die Zelle Unterstützung verlängert werden, ohne die sterile Barriere zu brechen. Dieser Ansatz eignet sich für eine Zelle Monolage aber könnte für dreidimensionale Konstrukte auch angepasst werden.

Darüber hinaus könnte ein regelmäßiges Muster eingeprägt, wo die Zellen ausgesät werden, werden mit einem linierten Beugungsgitter (1.250 Rillen/mm). Die direkte Visualisierung der Zellen kultiviert auf das PDMS-Konstrukt unter Hellfeld und Fluoreszenz Mikroskope ist wegen seiner Transparenz und 0,5 mm Dicke möglich. Im vorliegenden Fall hat der PDMS-Kultur-Pool eine vertikale Oberflächenmuster, senkrecht auf die Dehnung Kraft, um die Zellen senkrecht auf das elektrische Feld ausrichten, die das elektrische Feld Gefälle über die Zelle minimiert.

Abbildung 1 zeigt eine detaillierte Beschreibung des Konstrukts und Gerät zur Stimulation verwendet. Die PDMS zu konstruieren und Eigenschaften sind für die Zelle Dehnung (Abb. 1A, B) optimiert. Der Stimulator wird entwickelt und validiert für den effizienten Einsatz der gewünschten elektrischen und mechanischen Stimulation auf Zellen an der PDMS-Konstrukt befestigt. Dieser Prozess umfasst gute Konnektivität und Benutzer Bedienbarkeit durch die Software-Schnittstelle (Abbildung 1, D) zu gewährleisten.

Das Verfahren zur Zellstimulation mit diesem maßgeschneiderten Gerät wird im Abschnitt Protokoll beschrieben.

Protocol

Diese Studie wird menschliche Herz ATDPCs von Patientenproben verwendet. Ihre Nutzung durch die lokale Ethikkommission genehmigt wurde, und alle Patienten gab informierte Zustimmung. Das Studienprotokoll passt sich an die Grundsätze, die in der Deklaration von Helsinki. 1. Vorbereitungen Autoklav zwei Pinzetten, 12 Platinelektroden PTFE für elektrische Stimulation und einige Papiertücher, bei 121 ° C für 20 Minuten. Sterilisieren Sie 12 PDMS maßgeschneiderte …

Representative Results

Abbildung 2 stellt das allgemeine Schema für die Zellstimulation gefolgt. Kurz, wurden Zellen ausgesät auf das PDMS-Konstrukt und elektromechanische Stimulation mit einem Medienwechsel zweimal pro Woche durchgeführt. Nonstimulated Zellen dienten als Kontrolle für die elektromechanische Konditionierung. Darüber hinaus wir das Experiment ein zusätzliches Steuerelement hinzugefügt, und subkutane ATDPCs dienten als Kontrolle für kardiale ATDPCs. Von subku…

Discussion

Elektromechanische Stimulation scheint eine sichere Alternative für die Vorbereitung einer feindlichen Umgebung kardialen Zellen und Stärkung ihrer kardialen Engagements sein. Hier berichtet ein Protokoll beschrieben für kardiale Vorläuferzellen erhöht den Ausdruck der wichtigsten kardialen Marker und wurde für ihre nächste Implantation auf murinen Infarzierte Myokard30vorteilhaft. Im Allgemeinen erhöht elektromechanisch stimuliert kardiale ATDPCs die Expression von Genen im Zusammenhang m…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren möchten den Mitgliedern des ICREC Research Program (IGTP, Badalona) und die elektronische und biomedizinische Messtechnik Gruppe (UPC, Barcelona), vor allem Prof. J. Rosell-Ferrer danken. Darüber hinaus bestätigen die Autoren Stammzellen Translational Medicine Journal und AlphaMed Presse erlaubt die Anpassung der zuvor veröffentlichten Zahlen (Llucià-Valldeperas, Et al. 30). die Entwicklung dieses Prototypen und das Design des Protokolls wurden vom Ministerio de Educación y Ciencia (SAF 2008-05144), Ministerio de Economía y Competitividad (SAF-2014-59892), die Europäische Kommission unterstützt 7. Rahmenprogramm () RECATABI, NMP3-SL-2009-229239), Fundació La Marató de TV3 (080330, 201516, 201502) und Fundación Para la Innovación y la Prospectiva de Salud de España (FIPSE; 15 / 00001396 / 06).

Materials

Stimulator
nickel plated neodymium magnets Supermagnete Q-10-10-05-N
nickel-plated neodymium magnets Supermagnete Q-06-04-02-HN
polydimethylsiloxane (PDMS) SYLGAR 184 Silicone Elastomer Kit Dow Corning Corp 184
ruled diffraction grating (1250 grooves/mm) Newport 05RG150-1250-2
Motor controller Faulhaber MCLM-3006-S
Labview National Instruments
Cell culture
phosphate-buffered saline (PBS) Gibco 70013-065
0.05% trypsin-EDTA Gibco 25300-120
35 mm cell culture dish BD Falcon 45353001
fetal bovine serum (FBS) Gibco 10270-106
L-Glutamine 200 mM, 100x Gibco 25030-024
Penicilina/Streptomicine, 10.000 U/mL Gibco 15140-122
Minimum essential medium eagle (alfa-MEM) Sigma M4526-24x500ML
Protein & RNA analyses
protease inhibitor cocktail Sigma P8340
QIAzol Lysis Reagent Qiagen 79306
AllPrep RNA/Protein Kit Qiagen 50980404
Rneasy mini kit Qiagen 74104
iTaq Universal Probes One-Step Kit Bio-Rad Laboratories 172-5140
Random hexamers Qiagen 79236
TaqMan PreAmp MasterMix 2X Applied Biosystems 4391128
TaqMan Universal PCR MasterMix Applied Biosystems 4324018
Immunostaining
10% formalin Sigma HT-501128-4L
horse serum Sigma H1138
Triton X-100 Sigma X100-500ML
Bovine Serum Albumina (BSA) Sigma A7906-100G
PARAFILM Sigma P6543
4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) Sigma D9542
Phalloidin Alexa 568 Invitrogen A12380
sodium azide Sigma S8032-100g
Hoechst 33342 Sigma 14533
Connexin-43 rabbit primary antibody Sigma C6219 lot#061M4823
sarcomeric α-actinin mouse primary antibody Sigma A7811 lot#080M4864
GATA-4 goat primary antibody R&D AF2606 VAZ0515101
MEF2 rabbit primary antibody Santa Cruz sc-313 lot#E0611
SERCA2 goat primary antibody Santa Cruz sc-8095 lot#D2709
Cy3 secondary antibody Jackson ImmunoResearch 711-165-152
Cy3 secondary antibody Jackson ImmunoResearch 715-165-151
Cy3 secondary antibody Jackson ImmunoResearch 712-165-150
Cy2 secondary antibody Jackson ImmunoResearch 715-225-150
Cy2 secondary antibody Jackson ImmunoResearch 711-225-152
Cy2 secondary antibody Jackson ImmunoResearch 705-225-147

References

  1. McDonough, P. M., Glembotski, C. C. Induction of atrial natriuretic factor and myosin light chain-2 gene expression in cultured ventricular myocytes by electrical stimulation of contraction. Journal of Biological Chemistry. 267, 11665-11668 (1992).
  2. Tandon, N., et al. Electrical stimulation systems for cardiac tissue engineering. Nature Protocols. 4, 155-173 (2009).
  3. Serena, E., et al. Electrical stimulation of human embryonic stem cells: cardiac differentiation and the generation of reactive oxygen species. Experimental Cell Research. 315, 3611-3619 (2009).
  4. Tandon, N., et al. Optimization of electrical stimulation parameters for cardiac tissue engineering. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 5, 115-125 (2011).
  5. Zhang, X., Wang, Q., Gablaski, B., Lucchesi, P., Zhao, Y. A microdevice for studying intercellular electromechanical transduction in adult cardiac myocytes. Lab on a Chip. 13, 3090-3097 (2013).
  6. Chan, Y. C., et al. Electrical stimulation promotes maturation of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. Journal of Cardiovascular Translational Research. 6, 989-999 (2013).
  7. Pietronave, S., et al. Monophasic and biphasic electrical stimulation induces a precardiac differentiation in progenitor cells isolated from human heart. Stem Cells and Development. 23, 888-898 (2014).
  8. Pavesi, A., et al. Electrical conditioning of adipose-derived stem cells in a multi-chamber culture platform. Biotechnology and Bioengineering. 111, 1452-1463 (2014).
  9. Baumgartner, S., et al. Electrophysiological and morphological maturation of murine fetal cardiomyocytes during electrical stimulation in vitro. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics. 20, 104-112 (2015).
  10. Llucià-Valldeperas, A., et al. Electrical stimulation of cardiac adipose tissue-derived progenitor cells modulates cell phenotype and genetic machinery. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 9 (11), 76-83 (2015).
  11. Llucià-Valldeperas, A., et al. Physiological conditioning by electric field stimulation promotes cardiomyogenic gene expression in human cardiomyocyte progenitor cells. Stem Cell Research and Therapy. 5, 93 (2014).
  12. Radisic, M., et al. Functional assembly of engineered myocardium by electrical stimulation of cardiac myocytes cultured on scaffolds. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (52), 18129-18134 (2004).
  13. Fink, C., et al. Chronic stretch of engineered heart tissue induces hypertrophy and functional improvement. FASEB Journal. 14, 669-679 (2000).
  14. Zimmermann, W. H., et al. Engineered heart tissue grafts improve systolic and diastolic function in infarcted rat hearts. Nature Medicine. 12 (4), 452-458 (2006).
  15. Birla, R. K., Huang, Y. C., Dennis, R. G. Development of a novel bioreactor for the mechanical loading of tissue-engineered heart muscle. Tissue Engineering. 13, 2239-2248 (2007).
  16. Salameh, A., et al. Cyclic mechanical stretch induces cardiomyocyte orientation and polarization of the gap junction protein connexin43. Circulation Research. 106, 1592-1602 (2010).
  17. Galie, P. A., Stegemann, J. P. Simultaneous application of interstitial flow and cyclic mechanical strain to a three-dimensional cell-seeded hydrogel. Tissue Engineering Part C: Methods. 17 (5), 527-536 (2011).
  18. Leychenko, A., Konorev, E., Jijiwa, M., Matter, M. L. Stretch-induced hypertrophy activates NFkB-mediated VEGF secretion in adult cardiomyocytes. PLoS One. 6, 29055 (2011).
  19. Tulloch, N. L., et al. Growth of engineered human myocardium with mechanical loading and vascular coculture. Circulation Research. 109, 47-59 (2011).
  20. Mihic, A., et al. The effect of cyclic stretch on maturation and 3D tissue formation of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. Biomaterials. 35, 2798-2808 (2014).
  21. Llucià-Valldeperas, A., et al. Unravelling the effects of mechanical physiological conditioning on cardiac adipose tissue-derived progenitor cells in vitro and in silico. Scientific Reports. 8, 499 (2018).
  22. Stoppel, W. L., Kaplan, D. L., Black, L. D. Electrical and mechanical stimulation of cardiac cells and tissue constructs. Advanced Drug Delivery Reviews. 96, 135-155 (2016).
  23. Nunes, S. S., et al. Biowire: a platform for maturation of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Nature Methods. 10, 781-787 (2013).
  24. Barash, Y., et al. Electric field stimulation integrated into perfusion bioreactor for cardiac tissue engineering. Tissue Engineering Part C: Methods. 16, 1417-1426 (2010).
  25. Maidhof, R., et al. Biomimetic perfusion and electrical stimulation applied in concert improved the assembly of engineered cardiac tissue. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 6, 12-23 (2012).
  26. Feng, Z., et al. An electro-tensile bioreactor for 3-D culturing of cardiomyocytes. A bioreactor system that simulates the myocardium’s electrical and mechanical response in vivo. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 24 (4), 73-79 (2005).
  27. Wang, B., et al. Myocardial scaffold-based cardiac tissue engineering: application of coordinated mechanical and electrical stimulations. Langmuir. 29 (35), 11109-11117 (2013).
  28. Morgan, K. Y., Black, L. D. Mimicking isovolumic contraction with combined electromechanical stimulation improves the development of engineered cardiac constructs. Tissue Engineering Part A. 20 (11-12), 1654-1667 (2014).
  29. Godier-Furnémont, A. F., et al. Physiologic force-frequency response in engineered heart muscle by electromechanical stimulation. Biomaterials. 60, 82-91 (2015).
  30. Llucià-Valldeperas, A., et al. Electromechanical Conditioning of Adult Progenitor Cells Improves Recovery of Cardiac Function After Myocardial Infarction. Stem Cell Translational Medicine. 6 (3), 970-981 (2017).
  31. Ronaldson-Bouchard, K., et al. Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells. Nature. 556 (7700), 239-243 (2018).
  32. Gelmi, A., et al. Direct Mechanical Stimulation of Stem Cells: A Beating Electromechanically Active Scaffold for Cardiac Tissue Engineering. Advanced Healthcare Materials. 5 (12), 1471-1480 (2016).
  33. Poulin, A., et al. An ultra-fast mechanically active cell culture substrate. Scientific Reports. 8 (1), 9895 (2018).
  34. Bayes-Genis, A., et al. Human progenitor cells derived from cardiac adipose tissue ameliorate myocardial infarction in rodents. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 49 (5), 771-780 (2010).
  35. Bagó, J. R., et al. Bioluminescence imaging of cardiomyogenic and vascular differentiation of cardiac and subcutaneous adipose tissue-derived progenitor cells in fibrin patches in a myocardium infarct model. International Journal of Cardiology. 169, 288-295 (2013).
  36. Zimmermann, W. H., et al. Tissue engineering of a differentiated cardiac muscle construct. Circulation Research. 90 (2), 223-230 (2002).
  37. Rosell Ferrer, F. X., Sánchez Terrones, B., Bragós Bardia, R., Bayés Genís, A., Llucià Valldeperas, A. Methods and devices for mechanical and electrical stimulation of stem cell monolayer and 3d cultures for tissue engineering applications. Spanish patent. , (2013).
  38. Bayés Genís, A., Llucià Valldeperas, A., Soler Botija, C., Bragós Bardia, R., Rosell Ferrer, F. X. Method for Conditioning Stem Cells. Spanish patent. , (2017).
  39. Roura, S., Gálvez-Montón, C., Bayes-Genis, A. Myocardial healing using cardiac fat. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 16 (4), 305-311 (2018).
  40. Zhang, Y. M., Hartzell, C., Narlow, M., Dudley, S. C. Stem cell-derived cardiomyocytes demonstrate arrhythmic potential. Circulation. 106 (10), 1294-1299 (2002).
  41. Liu, J., Fu, J. D., Siu, C. W., Li, R. A. Functional sarcoplasmic reticulum for calcium handling of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes: insights for driven maturation. Stem Cells. 25 (12), 3038-3044 (2007).
  42. Wipff, P. J., et al. The covalent attachment of adhesion molecules to silicone membranes for cell stretching applications. Biomaterials. 30 (9), 1781-1789 (2009).
  43. Kim, C. iPSC technology–Powerful hand for disease modeling and therapeutic screen. Biochemistry and Molecular Biology Reports. 48 (5), 256-265 (2015).
  44. Ronaldson-Bouchard, K., Vunjak-Novakovic, G. Organs-on-a-Chip: A Fast Track for Engineered Human Tissues in Drug Development. Cell Stem Cell. 22 (3), 310-324 (2018).
  45. Bruyneel, A. A., McKeithan, W. L., Feyen, D. A., Mercola, M. Will iPSC-cardiomyocytes revolutionize the discovery of drugs for heart disease. Current Opinion inPharmacology. 42, 55-61 (2018).
  46. Farley, A., Johnstone, C., Hendry, C., McLafferty, E. Nervous system: part 1. Nursing Standard. 28 (31), 46-51 (2014).
  47. Brotto, M., Bonewald, L. Bone and muscle: Interactions beyond mechanical. Bone. 80, 109-114 (2015).
  48. Park, S. J., et al. Neurogenesis Is Induced by Electrical Stimulation of Human Mesenchymal Stem Cells Co-Cultured With Mature Neuronal Cells. Macromolecular Bioscience. 15 (11), 1586-1594 (2015).
  49. Vianney, J. M., Miller, D. A., Spitsbergen, J. M. Effects of acetylcholine and electrical stimulation on glial cell line-derived neurotrophic factor production in skeletal muscle cells. Brain Research. 1588, 47-54 (2014).
  50. Shima, A., Morimoto, Y., Sweeney, H. L., Takeuchi, S. Three-dimensional contractile muscle tissue consisting of human skeletal myocyte cell line. Experimental Cell Research. 370 (1), 168-173 (2018).

Play Video

Cite This Article
Llucià-Valldeperas, A., Bragós, R., Bayés-Genís, A. Simultaneous Electrical and Mechanical Stimulation to Enhance Cells’ Cardiomyogenic Potential. J. Vis. Exp. (143), e58934, doi:10.3791/58934 (2019).

View Video