הקדמה: The Imperative of Cardiac Tissue Maturation

מחלות לב וכלי דם נשאר הגורם המוביל למוות ברחבי העולם, נהיגה צורך דחוף טיפולים יעילים שיכולים לתקן או להחליף שריר לב פגומים. Regenerative תרופות, במיוחד הנדסת רקמת לב, מציעה נתיב מבטיח קדימה, אבל ההצלחה שלה תלויה ביכולת לייצר רקמת לב בוגרת ופונקציונלית במעבדה. Imבשל קרדיוציטים - בין אם נגזר תאים עצביים בשפע או מקציב ממקורות ניאו-טראומה - לחיקוי חשמלי חזק של תאים עצביים עצביים עם תפקוד מכני של דלקת הלב המטבולית ויציבות ביולוגית, לבין מודלים של מחלות לב חלשות, לבין תאים חשמליים עם יכולת טיפוליות גבוהה.

במהלך התפתחות לב טבעית, האיבר הצומח נתון לשיח דינמי של כוחות פיזיים וסימנים חשמליים כי היערכות קולקטיבית תאים, התאספות סרקומה, ואת היווצרות של רשת חשמלית מסונכרנת.הבנת רמזים אלה אינה רק מרדף אקדמי; זה מספק הדפסה כחולה לתכנון מערכות תרבות יעילות יותר ו biomaterials. על ידי העתקת אותות סביבתיים אלה במעבדה, יכול לדחוף תאים אדפטומטיים קרוב יותר עבור טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, ואפקטיבי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי יותר, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי יותר, טיפול תרופתי יותר, טיפול תרופתי.

מטבחים מכניים ב Cardiac Maturation

רמזים מכניים כוללים את הכוחות הפיזיים והלחצים כי תאי הלב חווים במהלך הפיתוח ולאורך החיים.הלב הוא משאבה דינמי, בכפוף למתוח קצבי ממילוי, לחץ עז מזרימת דם, וכוחות דחוסים מההתגוויות.זה לא פסיביים על ידי תוצרים של תפקוד לב; הם באופן פעיל להנחות התנהגות תא באמצעות תהליך הנקרא mechanotransduction.

סוגים של מכני Stimuli

  • (FLT:0)Cyclic למתוח 1FLT - ההתרחבות המחזורית והרפיה של הקיר האוורור במהלך כל פעימות לב. in אוטו, הלב מתחיל לנצח לפני החדרים נוצרים במלואו, חשיפת קרדיוציטים מוקדמים למתוח אשר מקדם את יישורי Myofibril ואת היפרטרופיה.
  • Shear StressveFLT:1] - הכוח החיכוך המופעל על ידי זרימת דם על תאים ריריים ריריתיים את תאי הלב וכליה. בעוד הלחץ של Shear משפיע בעיקר על תאים אנדואליים, וכתוצאה מכך אותות paracrine וכתוצאה מכך השפעות על שרירי לב.
  • (FLT:0) נוקשות נוקשה של 1FLT (הנוקשות המכנית של ממטריקס חוץ סלולרי (ECM) מבוגר בריא Myocardium יש נוקשות של בערך 10-15 kPa; תת-תרבות המחקה את המודולוס האלסטי הזה משפר באופן משמעותי את הזדוציטים הקרטוציטים בהשוואה לפלסטי התרבות הסטנדרטית.
  • (ב) ⁇ :0) ,(Biophysical Limitmentmentmentmentmentmentmentmental:1 ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים: mechanotransduction Pathways

Cardiomyocytes תחושה כוחות מכניים באמצעות רשת של integrins, קדרינס, וערוצי ion מתוחים. Integrins לחבר את ECM לcytoskeleton intracell, לשדר כוח לגרעין באמצעות קישור של nucleosketon ו- cytoskeleton (LINC) מורכב זה חיבור פיזיקליפטורציה ו-Hicecting Pathin-Reducation-Ricing) כולל את ה-Ricing.

ב-Virtro Applications of Mechanical Cues

רקמות לב מהנדס נהנה מאוד לטעון מכני מבוקר.ביולוגיים החלים את uniaxial או ממצה למתוח על ידי תאים מודבק הוכח כדי לשפר את הארגון של סרקומה, להגדיל את הביטוי של חלבונים מתוחכמים מתקדמים כגון מוליכים דלקתיים כבדים (MYH7), ולשפר את כוח החוזה.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אספקת חשמל ב- Cardiac Maturation

אות חשמלי הוא בסיסי לתפקוד הלב.הצומת המרושע מייצר פוטנציאל פעולה ספונטנית ה propagate דרך Atria ו- ventricles, מה שגורם התכווצות מתואמות במהלך הפיתוח, פעילות חשמלית מופיעה מוקדם ובאופן פעיל את ההבשלה של הלב. in vitro, יישום של סדקים חשמליים חיצוניים הפך שיטה סטנדרטית לשיפור התכונות של רקמות הלב.

כיצד גירוי חשמלי מניע את Maturation

נפיחות חשמלית מספקת הדופקים מבוקרים המקוטבים אשר גורמים התכווצות סינכרוניות של קרדיומציטים. גירוי זה מחזר את הסביבה החשמלית הטבעית והופך כמה אירועים מגורשים:

  • (FLT:0) פיתוח ערוץ ערוץ Ion (FLT:1) - Cardiomyocytes משתנות מ עובר עובר עובר עובר מעובר לפרופיל ביטוי ערוץ ניאוף מבוגר.שינויים מרכזיים כוללים עלייה של ערוץ אשלגן המבודד (Kir2.1), אשר מייצב את הפוטנציאל המטמון הנותרים, וביטוי מוגבר של ערוץ הסידן L-type (Cav1.2), שיפור הטיפול בסידן.
  • (FLT:0)-tubule היווצרות של ההרחבה:1 - pacing רגיל מקדם את התפתחות של צינורות טרנסנדנדאליים (t-tubules), invaginations של הסרקולמה הנדרשת עבור הפיכה מהירה של פיזור ציטוטים.T-bules הם בעיקר נעדרים תאים לא בוגרים, אבל להיות חיוני עבור התכווצות למבוגרים.
  • (FLT:0 sarcoplasmic reticulum maturationtureationFLT:1 - פעילות חשמלית מגבירה את הביטוי של קולטני ארינוד ו SERCA2a, שיפור רכיבה על אופניים ונטיננים הרפיה.
  • (FLT:0) שיפור מהירות ההדרגה של מהירות הפחתת 1:1 - פייסינג משפר את הביטוי של חלבונים צומת פער, במיוחד connexin-43, המוביל להפיכה חשמלית טובה יותר והפצת אותות מהירים יותר.

פרוטוקולים ופרוטוקולים

יעילות גירוי חשמלי תלויה בפרוטוקול.פרמטרים אופייניים כוללים **:

  • (FLT:0)Frequency: 1–3 הרץ (60-180 פעימות לדקה), התאמה לשיעורי הלב הפיזיולוגיים (0.5 הרץ) ניתן להשתמש בתרבויות בשלבים המוקדמים כדי להימנע מדלקת יתר.
  • (FLT:0)Voltage: 1FLT 1 2-10 V / ס"מ, בהתאם לגודל הרקמות והדחיסות.מונוphasic או דוphasic הדופק ניתן ליישם, עם גלימות דו-phasic לעתים קרובות להפחית אלקטרוליטיות ונזק תאים.
  • (FLT:0) ,Duration: FLT:1 ברציפות רצף של 1–2 שבועות הוכח לייצר הטבות הזדווגות מקסימלית, אם כי תקופות קצרות יותר (3-5 ימים) עדיין יכולות להביא שיפורים משמעותיים.

חשוב לציין כי תת-קרקעית החשמל של הסביבה התרבות חייבת לתמוך במשלוח הנוכחי יעיל.פיפוסים מוליכים - כגון אלה המשלבים צינורות פחמן, ננווטים זהב, או גרפן - יכול לשפר את יעילות הנפיחות על ידי צמצום תנופה חשמלית.

מגבלות של ייצוב חשמל לבד

בעוד שנפיחות חשמלית משפרת באופן חזק את התכונות אלקטרופיזיולוגיה, היא אינה משכפלת לחלוטין את ההבשלה המבנית המושרה על ידי כוחות מכניים.לדוגמה, רקמות קצבה לעתים קרובות להראות שיפור זמני סידן אבל עדיין לא חסר את המיובריאז'ים התואמים, מאורגנים מאוד נראה במיאוקרדייום מבוגר יליד.זה.זה יש הגבלה על שילוב של רמזים חשמליים ומכניים.

השפעות סינרגטיות של מכונות וחשמליות

בהתחשב בכך שהלב חווה בו-זמנית אותות מכניים וחשמליים, הגיוני שהזדווגות הבולטת ביותר מתרחשת כאשר שני המודולים מוחלים יחד.סינרגיה זו אינה רק תוספת – הרמזים אינטראקציה ברמה התאית והמולקולארית.

אינטראקציה מולקולרית

מתיחה מכנית מפעילה אותות של קזקדינים אשר משנה את תפקוד ערוץ יון ואת ביטוי צומת פער. verse, פעילות חשמלית יכולה להשפיע על הארגון Cytoskeletal ו ביטוי חלבון רגיש mechanoרגיש.לדוגמה, חלבון ankyrin-B, אשר מעוגן ערוצי ion ל- Cytoskeleton, הוא מוגדל בתגובה למתח ו pacing, מציע מסלול מתכנס ל-Straicial של חלבון מסובייקט (SiCto) הוא מקדם את המאפיין יותר של מערכת הדם-Stracto-Cin-Squarecto-Cin-Squarecto-D (החליפקודמת יותר של חלבון מבוגר יותר של חלבון מבוגר) הוא מקדם את הבוגר (כמו Cytoricial) הוא מקדם את ה-D.

שיפורים פונקציונליים ב-Tissues

מחקרים באמצעות רקמות לב מונדסות (EHTs) מ- iPSC-derived cardiomyocytes הוכיחו כי גירוי משולב מניב רקמות עם אנדרט:0:

  • כוח חוזה גבוה יותר (עד 5-7 מ"ר / mm2, מתקרב ערכי לב מבוגרים).
  • יותר אחידות סרקקום ואורך סרקקום ארוך יותר.
  • מהירות התנהגות מוגברת (בדרך כלל 25-35 ס"מ לעומת 10-15 ס"מ / s עבור בקרות לא מחוספס).
  • קינטיקה מתקדמת של סידן (זמן עלייה מהירה יותר ושפל).
  • התנגדות גדולה יותר לטריגרים זוועה.
(ב) [ה]ה'][דרוש מקור] [ב]] [ה]] [ה]]] [ב[[1924]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]] ב[[[[1924]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]

עיצוב ביולוגי עבור כפול Stimulation

ביולוגיים עכשוויים משלבים הן קלטות מכניות וחשמליות.עיצוב טיפוסי כולל:

  • תא תרבות עם נמלים למחזור תקשורתי ולחילופי גז.
  • פעולה ליניארית או מערכת pneumatic כדי ליישם מתיחה מחזורית (לעתים קרובות ב 1 הרץ).
  • שני אלקטרודות פחמן או יותר מוטבעים בקירות התא עבור צנרת חשמלית.
  • חיישנים למדוד כוח רקמות ומניע חשמלי בזמן אמת.

מערכות מתקדמות אלה מאפשרות לחוקרים לכוון את הפרמטרים באופן עצמאי ולהתבונן באפקטים סינרגיסטים.האתגר נשאר כדי לדרג את המערכות הללו לבדיקות גבוהות של תרופות או לייצור תיקונים בקנה מידה קליני.

יישומים ב Cardiac Tissue Engineering and Disease Modeling

שריר לב מהנדס עבור Transplantation

אחת המטרות האולטימטיביות של הנדסת רקמות לב היא ליצור כתמים מושתלים שיכולים להחליף את myocardium צלקות לאחר התקף לב.שלב מכני וחשמלי מייצרת כתמים משולבים חשמלית עם רקמת מארחת ויכולים לתרום כוח ל- ventricle הפגום.Pre-קליני בדגמים מוטנטים ו porcine הראו כי כתמים מוקדמים לשפר את השבר והפחתת גודלם של מבנים אלה הוא ממוקדים עם גודלם האנושי.

בדיקת סמים ושקיפות

קרדיוציטים לא מנבאים במדויק תגובות סמים, לעתים קרובות מוביל שלילי כוזב או כישלון לזהות קרדיוtoxic. רקמות בוגר נגזר משילוב גירוי להציג פרופילים תרופתיים דמויי פרמקולוגיים.לדוגמה, התגובה שלהם לנקמני ⁇ adrenergic ולסמים להאריך את מרווח QT (למשל, dofetilide) מראות מקרוב כי התגובה שלהם ראשוני של agonr אנושי עשוי לגרום לבדיקות שרירים גבוהות יותר.

מודל מחלות לב

טכנולוגיית iPSC מאפשרת לחוקרים לייצר קרדיוציטים ספציפיים לחולה הנושא מוטציות הקשורות למחלות.עם זאת, תאים אלה הם לעתים קרובות לא בשלים, המסיימים את המחלה פנוטיפ.יישומים של רמזים מכניים וחשמליים יכולים ללא דימיאולוגיים והפרעות חוזים במקרים כגון תסמונת QT ארוכה, hypertrophic Cardiomyopathy, ו-Diomyopathy diiomyopathy.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות, מכשולים משמעותיים נשארים לפני רקמות לב ממוצבים מבחינה מכנית וחשמלית הופכים לשגרה במרפאה או צינורות בדיקות באיכות גבוהה.

סקלאלה וחידוש

מערכות ביולוגיות הנוכחיות הן לעתים קרובות בנויות ומתוגסות למספרים קטנים של מבנים. Scaling כדי לייצר עשרות או מאות רקמות אחידות עבור בדיקת סמים תעשייתית דורשות חומרה סטנדרטית ופרוטוקולים.הפיתוח של פלטפורמות מיקרו-השפעהיות המשלבות גירוי ו ניטור הוא כיוון מבטיח.

יציבות לטווח ארוך

ההשפעות הבשלות של רמזים מכניים וחשמליים עשויים לרמה או אפילו הפוך לאחר הסרת גירוי.כדי לשמור על פנוטיפ מבוגר, רקמות עשויות לדרוש התנורות רציפה או סימולציה חוזרת תקופתית. Encapsulation ב hydrogels כי לאט לשחרר גורמים צמיחה או לשמור תכונות חשמליות לאחר השתלת נחקר.

הטרוגניות של מקורות תאים

iPSC-derived cardiomyocytes הם heterogeneous מטבעם, המכיל תערובת של אוסטרי, atrial, ו- nodal-like תאים. variability זו משפיעה על התגובה לגירוי. מתקדם מיון תאים ופרוטוקולים שונים מכוונים הם שיפור טוהר, אבל עבודה נוספת היא הכרחית כדי להבטיח כי רקמות שלמות להגיב באופן אחיד.

אינטגרציה עם Host Tissue

אפילו הרקמה הבוגרת ביותר תכשל אם היא לא משתלבת מבחינה חשמלית ומכנית עם הלב המקבל.אסטרטגיות לקדם שילוב כוללות יישום מתח מכני כדי להתאים את הנוקשות של אזור היעד, ולהציפו את הכתם עם פולימרים מוליכים המעודדים היווצרות פער בממשק.

מסקנה

רמזים מכניים וחשמליים אינם רק גורמים סביבתיים - הם מדריכים חיוניים של הזדווגות רקמות לב. על ידי תיקון מתיחה, קשיחות, ונפיחות חשמלית של הלב המתפתח והבוגר, החוקרים השיגו רמות חסרות תקדים של בגרות מבנית ותפקודית ב vitro. הסינרגיה בין רמזים אלה, המונעת על ידי חפיפה של מכוטרנסט ונתיבים אלקטרו-פיזיולוגיים, המפתח לייצור תגובות רקמות וחיזוי מדויק, פשטות, פשטות, פשטות, פשטות באופן מדויק, פשטות, פשטות, פשטות, פשטות, פשטות, פשטות, פשטות פשטות פשטות.

כמו טכנולוגיית ביולוגי מתקדמת וההבנה שלנו של הדיבור המולקולרי בין כוחות אותות מעמיקים, החלום של בניית שריר לב מבוגר לחלוטין דמוי לב במעבדה אינץ 'קרוב יותר למציאות.העשור הבא כנראה יראה הניסויים הקליניים הראשונים של כתמים לב מותנים, כמו גם שילוב של רקמות בוגר אלה לתוך צינורות פיתוח תרופות הזרם המרכזי.