Giriş: Cardiyak Tound Maturation of Cardiya

Cardiovascular, dünya çapında ölüm nedenlerini koruyor, kök hücrelerden tamir edebilecek veya yerine getirebilen etkili tedaviler için acil bir ihtiyaç duyuyorlar. Rejeneratif tıp, özellikle kalp dokusu mühendisliği, umut verici bir yol sunuyor, ancak başarı, yetişkin kalp hücrelerinin olgun, fonksiyonel kardiyak dokusu üretme yeteneğine bağlıdır. Bu boşluk, araştırmacıların farmakolojideki rolüne karşı güçlü rollerini incelemek için motive etti.

Doğal kalp gelişimi sırasında, büyüyen organ sadece akademik bir arayış değildir; laboratuvardaki bu çevresel sinyalleri çoğaltmak için daha etkili bir kültür sistemleri ve biyomalzemeler için mavi bir baskı sağlar, bilim insanları genetik olarak daha hücreli bir hücreli bir kardiyomisanositlerin oluşmasına daha yakın olabilir.

Mekanik Cues in Cardiya Maturation

Mekanik cues, gelişim sırasında ve yaşam boyunca kalp hücrelerinin deneyimlediği fiziksel güçleri ve stresleri kapsar. Kalp, dolumdan gelen ritmik bir pompadır, kan akışından stres ve kontraseptif kuvvetlerden pasif değildir.Bu stimuliler, kardiyak fonksiyonunun ürünleri tarafından pasif değildir; onlar aktif olarak banachanotransduction adlı bir süreç aracılığıyla davranışları eğitir.

Mekanik Stimuli Türleri

  • [FONT:0]Cyclic, [Dönetici: 1] – Her kalp sırasında ventriküler duvarın döngüsel genişlemesi ve gevşemesi.In utero, kalp tamamen oluşmuş, erken kardiyomisitleri ortaya çıkarmak için başlar, bu myofibril hizasını ve hipertrofiyi teşvik eder.
  • [FONT:0)Shear stres[[Dönetici: 1))[Dönetici) - Kan uçotal hücrelere aktılı kalp odaları ve gemilere aktı.
  • [FONT:0)Substrate sertlik[[DÜT:1] - Ekstra hücreli matrix (ECM) Sağlıklı yetişkin myocardium, yaklaşık 10-15 kPa'nın bir sertlikte sahiptir; bu elastik mod, standart doku kültürü plastik ile kıyasla önemli ölçüde kardiyomisit maturasyonu önemli ölçüde geliştirir.
  • [FONT=0]Biophysical limitment[[DÜT:1) – Topografik ve geometrik cues from ECM that guide cell şekli, hizalama ve nükleer deformasyon, gen ekspresyonu.

Mechanotransduction Pathways

Cardiomyosits, nükleo iskelet ve sinto iskelet motifleri ile devre dışı bırakmak için ECM'leri intracellular klozize proteinine bağlar ve PDZ'nin sinyalizasyon ve gen transkriptozu ile devre dışı bırakmak için zorlayıcıya zorlayın.

Vitro Mekanik Cues Uygulamaları

Mühendisli kardiyak dokular kontrollü mekanik yüklemeden büyük ölçüde faydalanıyor. Biyoreactors ki, yataklı kollektifler, sarkomerlerin organizasyonunu geliştirmek için uygulanan, olgun sözleşme proteinlerinin ifadesini artırmak için kullanılıyordu (MYH7), ve kontraseptif olmayan dokularda daha iyi entegrasyon için onları daha iyi bir şekilde büyüttü.

[FONT:0]Key bulgu: ) A 2020 çalışma inurFLT:3)Biomalzemeler[Döneticiler için% 10 lik bir basınç artışının yüzde 10'u, insan tarafından üretilen pluripotent kök hücreye (iPSC) bağlı kardiyomiyositler, kromozomların yüzde 15 ila 58'i, iletim hızına göre % 58'e yükseltti.

Cardiyak Maturation'da Elektrik Cues

Elektrik sinyalleme kalp fonksiyonu temeldir. Sinoatrial node, in vitro ve ventrikles'in işlevsel özelliklerini geliştirmek için spontan bir eylem potansiyeli yaratır.Gelişim sırasında, elektrik aktivitesi erken ortaya çıkar ve aktif olarak kalbin maturasyonu oluşturur.In vitro, dış elektrik pacing, kültürleşmiş kalp dokularının işlevsel özelliklerini geliştirmek için standart bir yöntem haline gelmiştir.

Elektrik Stimulation Drives Maturation

Elektrik pacing, kardiyomisitlerin senkronizasyonuna neden olan kontrollü tanklar verir. Bu uyarı doğal elektrik ortamını yeniden yapılandırır ve birkaç maturasyon olayını tetikler:

  • [FONT=0]Ion kanal gelişimi[[Dönetici: 1) Kartiomyosits, yetişkin iyon kanal ifadesi profiline fetal geçiş yapar. Anahtar değişiklikler, inward retifier potasyum kanalının (Kir2.1), geri kalan membran potansiyelini stabilize eder ve L-tip kalsiyum kanalının (Cav1.2) ifadesini artırır.
  • [FONT:0]T-tubule formasyon[[Dönetici:0)[Dönergeler) - Düzenli pacing transistasyonları geliştirmek için gerekli olan sarcolemmaların gelişimlerini teşvik eder, ancak yetişkin benzeri sözleşmeleri için gerekli hale gelir.
  • [FONT:0]Sarcomixic reticulum maturasyon[[Dönetici: 1) Elektrik aktivitesi, ryanodine reseptörler ve SERCA2a'nın ifadesini artırır, kalsiyum bisiklet ve sağlık kinetiği geliştirir.
  • [FONT=0)Condüksiyon hız artışı[[Dönetici: 1) - Boşluk kavim proteinlerinin ifadesini artırmak, özellikle konnexin-43, daha iyi elektrik darbesine ve daha hızlı sinyal yayılımına yol açan.

Protokoller ve Parametreler

Elektrik uyarılarının etkinliği protokole bağlıdır. Tipik parametreler şunlardır**:

  • [FONT:0]Frequency:[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE:0)) 1.3 Hz (60-180 dakika başına yener), fizyolojik kalp oranlarına uygun olarak eşleşen frekanslar (0.5 Hz) erken aşama kültürleri aşırılıktan kaçınmak için kullanılabilir.
  • [FONT=0)Voltage:[Dönetici:[Dönder: 1 ) 2-10 V /cm, doku büyüklüğüne ve yoğunluka bağlı olarak Monophasic veya biphasic pullar uygulanabilir, biphasic dalgaformları genellikle elektroliz ve hücre hasarını azaltır.
  • [FONT:0)Durma:[Dönemli 1-2 hafta boyunca sürekli olarak 1-2 hafta boyunca sürekli olarak gerçekleştirilen ve daha kısa süreler (-5 gün) hala ölçülebilir iyileştirmeler sağlayabilir.

Kültür ortamının elektrik substratının verimli mevcut teslimatını desteklemesi önemlidir.Süresel scaffolds - karbon nanotüpleri, altın nanotelleri veya grafikene dahil olanlar gibi - elektrik engelleyiciliğini azaltarak pacing etkinliğini artırın.

Elektrik Stimulation'ın Sınırları Yalnız

Elektrikli su geçirmez elektrofiziksel özellikleri sağlam bir şekilde geliştirirken, mekanik kuvvetler tarafından oluşturulan yapısal maturasyonu tamamen çoğaltmaz. Örneğin, hızlanmış dokular genellikle kalsiyum geçicilerini arttırmış ancak aynı zamanda yerel yetişkin myofibrils'te görülen yaygın olarak organize edilebilir.Bu sınırlama elektrik ve mekanik cuların kombinasyonunu motive etmiştir.

Mekanik ve Elektrik Cues

Kalp aynı anda hem mekanik hem de elektrik sinyalleri deneyimlemiş olduğu için, en belirgin maturasyon her iki mod da birlikte uygulanırken meydana gelir. Bu sinerji sadece katkı değildir - cues hücresel ve moleküler düzeyde etkileşime girer.

Moleküler Etkileşim

Mekanik olarak, kanal fonksiyonu ve boşluk kesişme ifadesine yanıt veren kasetleri sinyalize eder. Tersine, elektrik aktivitesi, sinerjik bir protein ekspresi ve elektriksel pacingin ifadesiyle ortaya çıkabilir. Örneğin, olgun kanalların sinerjim bağlayıcı protein-C) ve pacing yanıt verme kanallarının ifadesini artırmak için, yakın bir yolunuzu teşvik etmek için daha fazla yetişkin bir yolunuzu teşvik eder.

Mühendisli Tounds in the functionality Improvements in Mühendised Tounds

IPSCderived kardiyomisitlerden mühendisi kalp dokularını kullanan çalışmalar, kombine uyarı verme dokularını ) göstermiştir:

  • Yüksek sözleşmeli güç ( 5-7 mN/mm2’ye kadar yetişkin kalp değerlerine yaklaş).
  • Daha fazla üniforma sarkomere hizası ve daha uzun sarkomere uzunlukları.
  • Artan iletim hızı (tipik olarak 25-35 cm/s vs. 10-15 cm /s for unstimated control).
  • Geliştirilmiş kalsiyum geçici kinetiği (faster yükselip zamanları bozuyor).
  • Arrhythmik tetikleyicilere karşı büyük direniş.
[FONT:0])Example:[Dönem:2) Nunes et al. (2013) inurFLT:3) Yöntemler[DörtDörtüncü Boyut ve mekanik yükleme, olgun aksiyon potansiyel özellikleri ve kontrat kuvvetlerine karşılaştırılabilir bir biyoreak doku üretmek için bir kombinasyon kullandı.[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜyetimler ve mekanik yük).

Çift Stimulation için Bioreactor Design for Dual Stimulation

Çağdaş biyoreactors hem mekanik hem de elektrik girdilerini birleştirir. Tipik bir tasarım içerir:

  • Medya dolaşımı ve gaz değişimi için limanlarla bir kültür odası.
  • Çevrimsel bir basınç basıncı ( 1 Hz'de) uygulamak için lineer bir eylemci veya pnömatik sistem.
  • Elektrikli pacing için iki veya daha fazla karbon elektrotları.
  • Kumaşlar doku kuvvetini ve elektrik imkansızlığını gerçek zamanlı olarak ölçmek için.

Bu gelişmiş sistemler, araştırmacıların parametreleri bağımsız olarak ayarlamasına ve sinerjik etkileri gözlemlemelerine izin verir. Sorun, yüksek seviyeli ilaç taraması için bu sistemleri ölçeklendirmeye veya klinik ölçekli kardiyak yamalar üretmeye devam etmektedir.

Cardiyak Tound Engineering ve Hastalık Modeling Uygulamaları

Mühendisli Kalp Kası

Kalp dokusu mühendisliğinin nihai hedeflerinden biri, barent ve porez modellerinin bir kalp krizi sonrasında yaralanabilir yamalar üretmektir. Mekanik ve elektriksel şartlandırma, bu yamaları ev sahibi doku ile entegre eden yamalar üretir ve küçük yapılarla elde edilen yapısal ve elektriksel özellikleri korumak için katkıda bulunabilir.

Uyuşturucu Taraması ve Zehirlenme Testi

Immature kardiyomisitleri, ilaç yanıtlarını doğru bir şekilde tahmin etmiyor, genellikle birincil insan ventrik kastan elde edilen sahte negatif negatifleri veya başarısızlığı tespit etmeye yol açıyor. Örneğin, ⁇ adrenergic agonistlere ve ila QT aralığına (örneğin, dofetilide) yanıtları, birincil insan ventrik kastan elde edilen olgunlaşan bu türdeki tercihleri yakından takip ediyor.

Inherited Cardiya Hastalıklar Modelleme

iPSC teknolojisi, araştırmacıların hastalığa neden olan mutasyonları taşıyan özel kardiyomiyositler üretmesine olanak sağlar. Ancak, bu hücreler genellikle olgunlaşmamış, hastalık mekanizmalarının incelenmesi ve kişisel tedavilerin test edilmesi gibi koşullarda ince elektrofiziksel ve sözleşmesel anormallikler üretebilmelerini sağlar.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

İlerlemeye rağmen, mekanik ve elektriksel olarak koşullanmış kalp dokuları klinikte veya yüksek hacimli tarama hatlarında rutin hale gelir.

Scalability ve Reproducality

Mevcut biyoreactor sistemleri genellikle özel olarak inşa edilir ve küçük inşaatlarla sınırlıdır. Endüstriyel ilaç taraması için onlarca veya yüzlerce üniformalı doku üretmek için kaydolun standart donanım ve protokolleri gerektirir. Mikrofluidic platformların geliştirilmesi, uyarı ve izlemenin umut verici bir yönüdür.

Uzun Süreli Stability

Mekanik ve elektrik cues'in maturational etkileri, uyarılmadan sonra platozu veya hatta tersine çevirebilir. Yetişkin bir phenotype korumak için, dokular sürekli şartlandırmaya veya periyodik re-stimülasyona ihtiyaç duyabilir. Hidrojekteasyonda yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş büyüme faktörlerini veya bu elektrik tutmanın ardından elektriksel özellikleri korur.

Hücre Kaynağının Heterojenliği

iPSCderived kardiyomisitler doğal olarak heterojendir, tüm dokuların üniformalı, atrial ve nodal benzeri hücrelere cevap vermemektedir. Bu değişkenlik, uyarıya yanıt verir. Gelişmiş hücre türleme ve yönlendirilme protokollerinin saflaştırılması gerekir, ancak tüm dokuların üniformalı olarak yanıt vermesi gerekir.

Host Tound ile entegrasyon

En olgun mühendis doku bile, elektriksel olarak ve mekanik olarak alıcı kalbi ile entegre değilse başarısız olacaktır. entegrasyon teşvik etmek için Stratejiler, hedef bölgenin sertlikle eşleşmek için mekanik ön-stress uygulamak ve yamaları arayüzde teşvik eden iletken polimerler ile kaplamak.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Mekanik ve elektrik cues sadece çevresel faktörler değildir - bu cuesler arasındaki sinerji, beni katleterek, kalplerin geliştirilmesi, zayıflığı ve elektriksel yaralanması, uyuşturucu cevaplarını doğru bir şekilde tahmin etmek için önemlidir.

Biyoreactor teknolojisi ilerlemeleri ve bu olgun dokuların ana ilaç geliştirme hatlarına entegrasyonu ile ilgili anlayışımız, tam yetişkin benzeri bir kalp kasını laboratuvarda, on yıl boyunca, kalplerin çevresini ilk klinik denemelerini görecek, çünkü bu olgunlaşan dokuların ana akım uyuşturucu geliştirme boru hatlarına entegrasyonu da önemlidir.