Les ingénieurs ont développé une grande partie du cœur humain en miniature, et cela a du sens

Alors que la recherche sur les traitements des maladies cardiovasculaires a parcouru un long chemin au cours des dernières décennies, les problèmes cardiaques coûtent encore la vie à près de 18 millions de personnes dans le monde chaque année.

Un petit modèle de travail d’un ventricule humain pourrait ouvrir de nouvelles voies pour développer de nouveaux médicaments et thérapies, et pour étudier le développement des maladies cardiovasculaires, offrant aux chercheurs une alternative éthique et plus précise aux approches existantes.

Des chercheurs de l’Université de Toronto et de l’Université de Montréal au Canada ont procédé à la rétro-ingénierie d’un baril d’un millimètre de long (0,04 pouce) qui non seulement bat comme le vrai, mais pompe le fluide tout comme la chambre de sortie musculaire d’un embryon humain.

« Notre modèle nous permet de mesurer le volume d’éjection – la quantité de liquide expulsé à chaque fois que le ventricule se contracte – ainsi que la pression de ce liquide », a déclaré l’ingénieur biomédical de l’Université de Toronto, Sargol Okhovatian.

« Les deux étaient presque impossibles à obtenir avec les modèles précédents. »

Il n’y a généralement qu’une poignée d’options pour étudier la manière dont un cœur malade ou en bonne santé canalise le sang.

Les organes qui ne sont plus entièrement fonctionnels, tels que ceux prélevés lors de l’autopsie, fournissent l’authenticité sans l’activité. Les cultures de tissus peuvent fournir une fenêtre sur la fonctionnalité biochimique, mais elles ne capturent pas complètement l’hydraulique d’une masse tridimensionnelle pulsée.

À l’aide d’un modèle animal, les chercheurs peuvent tester comment un cœur vivant fonctionne comme une pompe sous l’influence de traitements nouvellement développés, mais ce n’est pas toujours l’option la plus éthique.

Ce nouvel organe en forme de cœur a été cultivé en laboratoire à l’aide d’un mélange de matériaux synthétiques et biologiques.

Les cellules elles-mêmes ont été dérivées des tissus cardiovasculaires de rats juvéniles, puis cultivées sur une couche d’échafaudage imprimée à partir d’un polymère avec des rainures pour diriger la croissance du tissu.

Ce maillage plat a forcé la structure à imiter l’alignement des fibres du muscle cardiaque d’un ventricule gauche humain – la chambre finale volumineuse qui lance le sang dans l’aorte d’une seule pression énergique.

Pour transformer la pile à trois couches de cellules cardiaques en quelque chose qui ressemble plus à une chambre pulsée, l’équipe a utilisé un arbre en forme de cône qu’ils ont appelé une épine. Un rouleau rapide dans l’échantillon de tissu, et hop – un ventricule simple. Tout ce qu’il a fallu pour faire battre ce minuscule tube de cellules musculaires cardiaques était une série de minuscules décharges électriques.

« Jusqu’à présent, il n’y a eu qu’une poignée de tentatives pour créer un véritable modèle 3D d’un ventricule, par opposition à des feuilles plates de tissu cardiaque », a déclaré l’auteur principal Milica Radisic, chimiste à l’Université de Toronto.

« Presque tous ceux-ci sont constitués d’une seule couche de cellules. Mais un vrai cœur a plusieurs couches, et les cellules de chaque couche sont orientées à des angles différents. Lorsque le cœur bat, non seulement ces couches se contractent, mais elles se tordent également, en sorte comme la façon dont vous tordez une serviette pour essorer l’eau, ce qui permet au cœur de pomper plus de sang qu’il ne le ferait autrement.

Avec un diamètre interne de seulement un demi-millimètre (0,02 pouce), le vaisseau parvient à peine à expulser du liquide à une pression d’environ 5 % du cœur d’un adulte.

Pourtant, le modèle est une excellente preuve de concept, qui peut être étendue au fil du temps avec plus de couches de tissu pour représenter un système plus solide.

Il est même possible qu’avec le temps, l’échafaudage puisse être retiré et un méli-mélo de tissus d’origine humaine incorporé, non seulement pour améliorer la structure en tant que modèle, mais aussi pour ouvrir la voie à un organe entièrement fonctionnel et transplantable. .

« Avec ces modèles, nous pouvons étudier non seulement la fonction cellulaire, mais aussi la fonction des tissus et la fonction des organes, le tout sans avoir besoin de chirurgie invasive ou d’expérimentation animale », explique Radisic.

« Nous pouvons également les utiliser pour cribler de grandes bibliothèques de molécules de candidats-médicaments pour des effets positifs ou négatifs. »

Cette recherche a été publiée dans Biologie avancée

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