La malattia cardiaca rimane la causa principale della morte in tutto il mondo, che conta oltre 17 milioni di morti all’anno. Per decenni, lo standard di cura si è concentrato sulla gestione dei sintomi e sulla progressione della malattia rallentando attraverso i farmaci, i cambiamenti di stile di vita e, in casi gravi, il supporto meccanico o il trapianto.

Dalla Palliazione alla Rigenerazione: L'imperativo per l'ingegneria dei tessuti

Dopo un attacco di cuore, miliardi di cardiomiociti muoiono, e il corpo risponde depositando una cicatrice fibrotica. Questa cicatrice fornisce l'integrità strutturale ma non può contrarre, trasmettere i segnali elettrici, o pompare il sangue efficacemente. Nel tempo, i restanti modelli muscolari, che portano a un progressivo insufficienza cardiaca. Trattamenti convenzionali, sterile, beta-bloccanti

La medicina rigenerativa mira a colmare questo divario fornendo un nuovo miocardio funzionale. Negli ultimi due decenni sono emersi tre flussi paralleli di innovazione: terapie basate sulle cellule che ripopolano la cicatrice con nuove cellule muscolari; biomateriali che forniscono spunti strutturali e biochimici; e tecnologie di fabbricazione che assemblano cellule e materiali in tessuti complessi e tridimensionali.

Stem Cell Technologies: Il motore cellulare della riparazione cardiac

Al centro di qualsiasi tessuto cardiaco ingegnerizzato è una fonte affidabile di cardiomiociti funzionali. Le cellule staminali sono diventate il candidato più promettente, e tra loro, le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs) hanno rivoluzionato il campo. Derivate da cellule somatiche adulte - spesso la pelle o il sangue - riprogrammando con fattori di trascrizione definiti, iPSCs possono essere espansi controversie etiche e differenziate virtualmente in qualsiasi tipo di cellule staminali.

Differenziazione diretta e Maturazione

Nel corso degli ultimi dieci anni, i protocolli per differenziare iPSCs in cardiomiociti sono migliorati notevolmente. I primi metodi si basano sulla differenziazione spontanea nei corpi embrionali, che producono solo 10-20% di efficienza. Oggi, utilizzando piccole molecole come CHIR99021 e IWP-4 che modulano il segnale Wnt, i laboratori raggiungono regolarmente la purezza 90-95% di beating cardiomyocytes.

Miglioramento dell'incisione e della sopravvivenza

Inoltre, il miglioramento delle cellule staminali e del microprocessore (in inglese) è stato un fattore di miglioramento della micro-sondazione, che ha un effetto di miglioramento della struttura e della capacità di assorbimento delle cellule.

Effetti paracrinici e terapie senza cellule

Anche se le cellule trapiantate non sopravvivono a lungo termine, possono ancora conferire benefici attraverso il segnale paracrino. Le cellule staminali secretano un ricco cocktail di citochine, fattori di crescita e vescicole extracellulari che riducono l'infiammazione, promuovono l'angiogenesi, inibiscono la fibrosi e reclutano le cellule progenitorie endogene.

Biomaterial Scaffolds: Ingegneria del Milieu Extracellulare

La matrice extracellulare (ECM) del cuore non è solo un ponteggio passivo – è un ambiente dinamico che fornisce supporto strutturale, segnali biochimici e accoppiamento meccanico tra le cellule. L'ingegneria del tessuto cardiac tenta di ricreare questo ambiente utilizzando ponteggi che servono come modelli per la formazione dei tessuti.

Biomateriali naturali vs. sintetici

I biomateriali naturali, come il collagene, la gelatina, la fibrina, l'alginato e l'ECM decellularizzato, possono offrire una biocompatibilità eccellente e una bioattività intrinseca.

Matrice extracellulare decellulare

I metodi di analisi e di analisi dei dati sono stati utilizzati per la valutazione dei dati e per la valutazione dei dati.

Smart Scaffolds con rilascio controllato

I moderni ponteggi non sono più passivi; sono progettati per guidare attivamente la rigenerazione. I biomateriali intelligenti possono incorporare i fattori di crescita, i citochine, o le piccole molecole che vengono rilasciate in modo controllato da spatiotemporali. Ad esempio, le microsfere idrogelo caricate con VEGF e PDGF possono essere incorporate in una patch cardiaca per promuovere l'angiogenesi sequenziale: VEGF

Bioprinting 3D: assemblaggio di precisione dei tessuti viventi

La sfida ultima nell'ingegneria dei tessuti cardiaci è quella di ricreare l'architettura gerarchicamente organizzata del miocardio nativo—allinea le fibre muscolari, vascolatura incorporata e sistema di conduzione integrato.

Tecnologie di biostampa

I sistemi di iniezione di particelle di particelle di particelle di particelle di legno, di cui si possono usare i materiali di tipo a getto d'inchiostro, che producono le cellule di pressione dissolvere con un sistema di iniezione di particelle, possono essere utilizzati in modo da ridurre la velocità e la risoluzione dei singoli processi.

Vascularizzazione: Il collo della bottiglia

Per una patch cardiaca di dimensioni clinicamente rilevanti (sempre capillari quadrati, pochi millimetri di spessore), vascolarizzazione rapida è fondamentale.

Integrazione host e valutazione funzionale

I primi studi di allineamento del sistema cardiaco devono essere più che sopravvivere, devono contrarsi con forza e in sincronia con il cuore ospite. L'integrazione funzionale richiede tre elementi: continuità meccanica, accoppiamento elettrico e sincronizzazione elettromeccanica.

Traduzione clinica: Hurdles sul sentiero verso il lato del letto

Nonostante i notevoli successi preclinici, la traduzione dell'ingegneria dei tessuti cardiaci ai pazienti è stata lenta. Poche tecnologie sono entrate in studi clinici di prima fase e nessuno ha raggiunto l'approvazione normativa per la riparazione miocardica. Le ragioni sono multiforme, che comprende la sicurezza, la produzione e le sfide regolamentari.

Sicurezza e immunogenicità

I gruppi di pazienti che si occupano di terapia genetica, sono i gruppi di pazienti che si occupano di terapia e di terapia.

Scalabilità e produzione

La bio-analisi di un singolo paziente richiede attualmente settimane, che si sviluppano in cellule, che si sviluppano, si assemblano il costrutto e lo condizionano in un bioreattore. Per la commercializzazione, questo processo deve diventare più efficiente, riproducibile e conveniente. L'automazione attraverso i bioreattori di sistema chiuso è in fase di sviluppo per ridurre il rischio di manipolazione manuale e di contaminazione.

Percorsi regolamentari

I pazienti affetti da disturbi cardiaci sono classificati come prodotti di combinazione (cellule + biomateriali + componenti di dispositivo), che complica la revisione di regolamentazione. Negli Stati Uniti, il Centro di FDA per la valutazione e la ricerca di biologici (CBER) e il Centro per i dispositivi e la salute radiologica (CDRH) possono condividere la giurisdizione.

Direzioni future: Verso il cuore di Lab-Grown

[FLT:]I ricercatori di sviluppo di cellule di rattoppio e di ottimizzazione di altri metodi di analisi, possono essere utilizzati per la creazione di un sistema di monitoraggio di dati e di analisi di dati.

L'ingegneria dei tessuti cardiac si è già trasformata da un'idea speculativa in una strategia terapeutica tangibile. Combinando la precisione della biostampa, la potenza degli iPSC e l'intelligenza dei biomateriali intelligenti, i ricercatori stanno ora fabbricando dei costrutti che hanno battuto, vascolarizzato e integrato.

Per ulteriori informazioni, vedere gli articoli di recensione sullo stato corrente di ingegneria dei tessuti cardiaci, uno studio di riferimento su 3D bioprinting di patch funzionali cardiache, aggiornamenti da un laboratorio principale a ]]] Taylor Lab di Sydney, e informazioni cliniche del registro di prova cardiaca per cellule