Prototipo del parche. Crédito: Dr. Gillian Hendy.
Reparar corazones dañados mediante bioingeniería
14 de febrero de 2020 | Historia original del Trinity College Dublin
Los bioingenieros de Trinity han desarrollado un prototipo de parche, que básicamente funciona reemplazando los aspectos cruciales del tejido cardíaco.
Este parche soporta las demandas mecánicas e imita las propiedades de señalización eléctrica que permiten a nuestros corazones bombear sangre rítmicamente en nuestros cuerpos. Su trabajo esencialmente nos lleva un paso más cerca a un diseño funcional que podría reparar un corazón dañado.
Uno de cada seis hombres y una de cada siete mujeres en la Unión Europea sufrirán un ataque al corazón en algún momento de sus vidas. En todo el mundo, las enfermedades cardíacas matan a más mujeres y hombres, independientemente de su raza, que cualquier otra enfermedad.
Los parches cardíacos forrados con células cardíacas se pueden aplicar quirúrgicamente para restaurar el tejido cardíaco en pacientes a los que se les ha extraído tejido dañado después de un ataque cardíaco y para reparar defectos cardíacos congénitos en bebés y niños.
Sin embargo, en última instancia, el objetivo es crear parches libres de células que pueden restaurar el latido síncrono de las células cardíacas, sin afectar el movimiento del músculo.
Los bioingenieros informan de su trabajo, que nos acerca un paso más a tal realidad, en la revista Advanced Functional Materials.
Michael Monaghan, profesor asistente de ingeniería biomédica en Trinity, y autor senior en el artículo, dijo: "A pesar de algunos avances en el campo, las enfermedades cardíacas siguen suponiendo una enorme carga para nuestros sistemas de salud y la calidad de vida de los pacientes de todo el mundo. Nos afecta a todos directa o indirectamente a través de la familia y los amigos. Como resultado, los investigadores están continuamente buscando desarrollar nuevos tratamientos que incluyen tratamientos con células madre, inyecciones de biomateriales en gel y dispositivos de asistencia."
"El nuestro es uno de los pocos estudios que analizan un material tradicional, y a través de un diseño eficaz, nos permite imitar el movimiento mecánico dependiente de la dirección del corazón, que puede sostenerse repetidamente. Esto se logró a través de un método novedoso llamado "electroescritura de fusión" y a través de una estrecha colaboración con los proveedores a nivel nacional pudimos personalizar el proceso, para adaptarlo a nuestras necesidades de diseño".
Este trabajo se realizó en el Trinity Centre for Biomedical Engineering, con sede en el Trinity Biomedical Sciences Institute en colaboración con Spraybase®, filial de Avectas Ltd. Fue financiado por Enterprise Ireland a través del Programa de Asociación para la Innovación (IPP).
Gillian Hendy, directora de Spraybase® es coautora en el artículo. La Dra. Hendy elogió al equipo de Trinity por el trabajo y los avances realizados en el sistema Spraybase® Melt Electrowriting (MEW).
El éxito alcanzado por el equipo pone de relieve las posibles aplicaciones de esta novedosa tecnología en el campo cardíaco y captura sucintamente los beneficios de la industria y la colaboración académica, a través de plataformas como la IPP.
La ingeniería de materiales de reemplazo para el tejido cardíaco es un reto, ya que es un órgano que se mueve y contrae constantemente. Las exigencias mecánicas del músculo cardíaco (miocardio) no se pueden satisfacer utilizando polímeros termoplásticos a base de poliéster, que son predominantemente las opciones aprobadas para aplicaciones biomédicas.
Sin embargo, la funcionalidad de los polímeros termoplásticos podría ser aprovechada por su geometría estructural. A continuación, los bioingenieros se propusieron fabricar un parche que pudiera controlar la expansión de un material en múltiples direcciones y ajustarlo utilizando un enfoque de diseño de ingeniería.
Los parches se fabricaron a través de la electroescritura de fusión, una tecnología central de Spraybase®, que es reproducible, precisa y escalable. Los parches también fueron recubiertos con el polímero polipirrol que es electroconductor y proporciona la conductividad eléctrica, manteniendo la compatibilidad celular.
El parche resistió el estiramiento y contracción repetido, que es una condición esencial para los biomateriales cardíacos, y mostró buena elasticidad, imitando con precisión esa propiedad clave del músculo cardíaco.
El profesor Monaghan añadió: "Esencialmente, nuestro material cumple con muchos requisitos. El material a granel está actualmente aprobado para el uso de dispositivos médicos, el diseño se adapta al movimiento de bombeo del corazón, y ha sido funcionalizado para adaptar la señalización entre tejidos contráctiles aislados."
"Este estudio actualmente informa del desarrollo de nuestro método y diseño. Ahora estamos deseando promover la próxima generación de diseños y materiales con el objetivo final de aplicar este parche como terapia para un ataque al corazón".
El Dr. Dinorath Olvera, primer autor de Trinity en el artículo, añadió: "Nuestros parches electroconductores permiten la conducción eléctrica entre el tejido biológico en un modelo ex vivo. Por lo tanto, estos resultados representan un paso significativo hacia la generación de un parche “bioingenierizado” capaz de recapitular aspectos funcionales del tejido cardíaco, a saber, su movimiento mecánico y señalización eléctrica."
Este artículo ha sido republicado a partir de los siguientes materiales y editado para adecuar su longitud y contenido. Para obtener más información, ver la fuente citada.
Referencia: Olvera, Sohrabi, Molina, Hendy and Monaghan. (2020). Electroconductive Melt Electrowritten Patches Matching the Mechanical Anisotropy of Human Myocardium. Advanced Functional Materials. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201909880.
