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Un modelo de corazón hecho de tejido vivo fusionado con músculos robóticos podría ayudar a los investigadores a ver cómo funciona el órgano en su interior

Desde válvulas cardíacas artificiales hasta trasplantes celulares, se están desarrollando nuevos tratamientos para dolencias cardiovasculares. desarrollado cada día. Para modelar cómo funcionan, los investigadores necesitan una forma confiable de observar el corazón en acción. Los estudios en animales, los modelos informáticos y varios simuladores de laboratorio hechos con tejido cardíaco muerto pueden proporcionar diferentes puntos de vista, pero estos enfoques pueden ser costosos, carentes de complejidad o limitados en su vida útil.

Para jugar con el corazón, los científicos han desarrollado un sistema que late, biorobótico Réplica que puede simular el funcionamiento tanto de un órgano sano como de un uno enfermo. Este simulador combina corazón de cerdo tejido y músculos robóticos blandos y se describió en dos estudios recientes.

«Imagínese un corazón latiendo en una mesa de laboratorio», dice Ellen Roche, ingeniera biomédica del Instituto de Tecnología de Massachusetts y autora principal de los estudios. El simulador, que bombea un líquido claro en lugar de sangre, está conectado a instrumentos que miden el flujo sanguíneo, la presión arterial y más. También es personalizable: el usuario puede cambiar la frecuencia cardíaca, la presión arterial y otros parámetros, y luego observar cómo estos cambios afectan la función del corazón en tiempo real a través de una cámara interna.

El simulador replica con precisión cómo fluye la sangre a través del corazón, algo que los simuladores de mesa existentes que utilizan tejido cardíaco muerto no podrían hacer. En su lugar, utilizar tejido cardíaco vivo de un cerdo, animado por robótica, otorgó al equipo de Roche mucho más control. (Los corazones de cerdo son similares en tamaño y diseño a los corazones humanos y se utilizan a menudo en investigaciones). El nuevo simulador híbrido también puede durar más que un órgano vivo que se utiliza solo: mientras que un corazón de cerdo conectado a una bomba en el El laboratorio sólo seguiría latiendo durante unas horas, el equipo de Roche pudo mantener en funcionamiento los músculos sintéticos del simulador durante meses. Los investigadores aún no han medido los límites exactos del simulador. «Necesitamos realizar pruebas exhaustivas de fatiga de vida útil para ver exactamente cuántos ciclos pueden realizar estas cosas», dice Roche.

Cuando se trata de modelar el flujo sanguíneo a través del corazón, los lados izquierdo y derecho del órgano representan cada uno su propio desafío. «Requieren modelos muy personalizados», afirma Roche. Los investigadores abordaron primero el lado izquierdo centrándose en la válvula mitral, que controla el flujo entre la aurícula izquierda y el ventrículo (las cámaras superior e inferior del corazón). Recrearon el movimiento saludable de este sistema antes de modelar una condición en la que la válvula presenta fugas, llamada regurgitación mitral. Para demostrar que el modelo podía usarse como una simulación precisa, el equipo hizo que cirujanos cardíacos corrigieran la válvula con tres intervenciones quirúrgicas diferentes. Estos resultados se describieron en uno de los dos estudios recientes, que fue publicado el miércoles en Dispositivo.

«Es un movimiento de bombeo muy complejo que hay que crear para que la sangre bombee hacia el cuerpo a una presión y un flujo realmente altos», dice Clara Park, coautora de ambos estudios como Ph.D. estudiante en el laboratorio de Roche en el MIT

A continuación, el equipo modeló la mecánica del lado derecho del corazón. «El corazón derecho es un músculo más delgado y débil», dice Park, y «no bombea tan fuerte». El simulador de corazón adecuado puede replicar tanto el funcionamiento sano como el anormal. Estos resultados se describieron en otro estudio reciente del equipo, que fue publicado el mes pasado en Investigación cardiovascular de la naturaleza.

Sara Vigmostad, ingeniero biomédico de la Universidad de Iowa, que no participó en los artículos, cree que estos simuladores serían valiosos para la planificación quirúrgica, la formación o con fines educativos. «También puedo imaginar su valor a la hora de probar nuevas intervenciones… diseñadas para tratar la regurgitación mitral u otras enfermedades valvulares», afirma. La capacidad de «sintonizar» el corazón para replicar diversas enfermedades también podría ser muy útil en la investigación, añade.

El enfoque biorobótico se basa en tejido animal vivo, pero Roche sueña con un corazón sintético completamente impreso en 3D. Un órgano así podría ser mucho más personalizable. Incluso podría usarse para crear modelos específicos de cada paciente que permitirían a las personas en tratamiento observar una réplica de su propio corazón latiendo en acción y que guiarían las decisiones de sus médicos. “Estamos avanzando hacia modelos totalmente sintéticos. [and] impresiones de múltiples materiales”, dice, lo que requerirá replicar el propio tejido cardíaco en el laboratorio. «Hay mucho trabajo en curso».