Projetando um Biorreator para Melhorar a Aquisição de Dados e Modelar o Rendimento de Tecidos Cardíacos Projetados

Camille  C. van Neste; Karlo A. Wiley; Serena W. Chang; Joseph Borrello; Irene C. Turnbull; Kevin D. Costa

doi:10.3791/64368

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Artigo de método

Projetando um Biorreator para Melhorar a Aquisição de Dados e Modelar o Rendimento de Tecidos Cardíacos Projetados

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DOI:

10.3791/64368

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2 de junho de 2023

Camille C. van Neste¹ , Karlo A. Wiley¹ , Serena W. Chang¹ , Joseph Borrello¹ , Irene C. Turnbull¹ , Kevin D. Costa¹

¹Cardiovascular Research Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai

Neste artigo

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Resumo

Tecidos cardíacos tridimensionais bioprojetados usando cardiomiócitos derivados de células-tronco têm emergido como modelos promissores para estudar o miocárdio humano saudável e doente in vitro , enquanto recapitulam aspectos-chave do nicho cardíaco nativo. Este manuscrito descreve um protocolo para fabricação e análise de tecidos cardíacos projetados de alto conteúdo gerados a partir de cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidos por humanos.

Resumo

A insuficiência cardíaca continua sendo a principal causa de morte em todo o mundo, criando uma necessidade premente de melhores modelos pré-clínicos do coração humano. A engenharia de tecidos é crucial para a pesquisa em ciência básica cardíaca; a cultura de células humanas in vitro elimina as diferenças interespécies de modelos animais, enquanto um ambiente 3D mais semelhante a tecidos (por exemplo, com matriz extracelular e acoplamento heterocelular) simula condições in vivo em maior extensão do que a cultura bidimensional tradicional em placas de Petri plásticas. No entanto, cada sistema modelo requer equipamentos especializados, por exemplo, biorreatores personalizados e dispositivos de avaliação funcional. Além disso, esses protocolos são muitas vezes complicados, trabalhosos e atormentados pela falha dos tecidos pequenos e delicados.

Este artigo descreve um processo para gerar um sistema modelo robusto de tecido cardíaco humano projetado (hECT) usando cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidos para a medição longitudinal da função tecidual. Seis hECTs com geometria de tira linear são cultivadas em paralelo, com cada hECT suspensa de um par de postes de polidimetilsiloxano (PDMS) com sensor de força acoplados a racks PDMS. Cada postagem é coberta com um rastreador de postagem estável PDMS preto (SPoT), um novo recurso que melhora a facilidade de uso, a taxa de transferência, a retenção de tecido e a qualidade dos dados. A forma permite o rastreamento óptico confiável de deflexões de poste, produzindo traçados de força de contração aprimorados com tensão ativa e passiva absoluta. A geometria da tampa elimina a falha tecidual devido ao deslizamento de hECTs dos postes e, como eles envolvem uma segunda etapa após a fabricação do rack PDMS, os SPoTs podem ser adicionados aos projetos pós-baseados em PDMS existentes sem grandes alterações no processo de fabricação do biorreator.

O sistema é usado para demonstrar a importância de medir a função hECT em temperaturas fisiológicas e mostra função tecidual estável durante a aquisição de dados. Em resumo, descrevemos um sistema modelo de última geração que reproduz condições fisiológicas fundamentais para promover a biofidelidade, eficiência e rigor de tecidos cardíacos projetados para aplicações in vitro .

Introdução

Os modelos de tecido cardíaco projetados vêm em uma gama diversificada de geometrias e configurações para recapitular vários aspectos do nicho cardíaco nativo que são difíceis de alcançar com a cultura de células bidimensional tradicional. Uma das configurações mais comuns é a tira de tecido linear^, com âncoras flexíveis em cada extremidade para induzir a automontagem do tecido e fornecer ao tecido uma pré-carga definida e uma leitura das forças de contração resultantes ^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11}