Investigadores israelíes cultivan un modelo en miniatura de corazón humano que late

Más pequeño que un grano de arroz y creado a partir de células madre, el organoide conectado a sensores revela aspectos hasta ahora desconocidos de la fisiología cardiaca.

Un equipo de investigadores de varias instituciones israelíes ha creado un corazón diminuto y palpitante del tamaño de un tercio de un grano de arroz.

Según el profesor Yaakov Nahmias, que dirigió la investigación, se trata del primer modelo de corazón cultivado a partir de células madre con todas las estructuras clave, incluidos ventrículos, aurículas, epicardio (cubierta externa), endocardio (revestimiento interno) y marcapasos naturales. (Los modelos anteriores eran meros grupos de células musculares cardiacas).

«Lo que lo hace aún más revolucionario es que, al poder fabricar este corazón en el laboratorio, hemos podido colocarle sensores que nos indican cómo funciona y obtener información sobre la fisiología del corazón humano», explica Nahmias, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, el Instituto Tecnológico Technion-Israel y Tissue Dynamics Ltd. (TID).

Los organoides humanos brindan a los investigadores oportunidades sin precedentes, y los hallazgos podrían conducir a avances farmacológicos que de otro modo no se producirían. Por ejemplo, el diminuto modelo de corazón es fundamental para estudiar la fisiología del órgano humano (los corazones de modelos animales pequeños como los ratones difieren demasiado de los de los humanos).

«Si quieres estudiar el corazón, tienes un problema enorme si utilizas animales. Muchas cosas, como los canales del corazón de los ratones, son muy diferentes de los de los humanos, y muchos de los fármacos y muchas de las enfermedades simplemente no se traducen», declaró Nahmias a The Times of Israel.

Nahmias y sus colaboradores publicaron el 7 de agosto un estudio en la revista Nature Biomedical Engineering sobre sus descubrimientos acerca de la actividad metabólica en miles de corazones diminutos -cada uno de los cuales mide medio milímetro- cultivados en el laboratorio.

Modelo de corazón con sensores.
Modelo de corazón con sensores. (Cortesía de Tissue Dynamics)

Los científicos descubrieron que la actividad metabólica del corazón oscila o cambia muy rápidamente, en milisegundos. Se trata de algo totalmente inesperado, ya que hasta ahora se entendía que el metabolismo cambiaba más lentamente.

«No se supone que el metabolismo sea tan rápido. Pensamos que los cambios en el metabolismo se producen en horas, quizá minutos, cuando comemos. No debería cambiar en milisegundos», afirma Nahmias.

Los investigadores también descubrieron que los cambios metabólicos superrápidos se acoplaban a la actividad eléctrica del corazón. Observaron ondas de iones de calcio que entraban y salían de la célula, y que entraban y salían de las mitocondrias, modificando esencialmente la capacidad del corazón para respirar. Estas ondas provocaron una arritmia cardíaca.

«Esto no ocurre en los ratones. En ratones, sabemos que el metabolismo puede cambiar, pero cambia con la actividad del corazón. Depende de cuánto trabaje el corazón. Cuanto más trabaja, más glucosa necesita, por ejemplo. Pero [con los modelos de corazón humano], se trataba de la actividad eléctrica y no de una actividad mecánica», señaló Nahmias.

Los investigadores se fijaron entonces en el hecho de que muchos fármacos de quimioterapia provocan arritmias en humanos (pero no en ratones). Estudiaron la mitoxantrona (que se utiliza para tratar el cáncer de mama, el linfoma no hodgkiniano, la leucemia mieloide aguda del adulto y la esclerosis múltiple) y descubrieron que causa arritmias al bloquear la vía fisiológica descubierta en los microcorazones. La mitoxantrona cierra el canal que permite que los iones entren y salgan de las mitocondrias.

«Así que descubrimos la razón por la que se sabe que este fármaco puede provocar eventos cardíacos. A continuación, introdujimos otro fármaco llamado metformina, que se utiliza para tratar la diabetes, para revertir algunas de las arritmias que observamos. La metformina, al ser un fármaco para la diabetes, vuelve a abrir el canal y, en esencia, aumenta la seguridad del medicamento contra el cáncer», explicó Nahmias.

Dijo que se tardaría entre un año y medio y dos años en diseñar y llevar a cabo un ensayo a gran escala con control de placebo y de calidad para demostrar la eficacia clínica de los hallazgos de su grupo de investigación.

«Pero los médicos con [pacientes oncológicos relevantes] que vean este trabajo pueden recetar metformina ahora mismo basándose en su propio conocimiento de la enfermedad y el tratamiento», afirmó.

Gracias a un sistema robótico especial de su empresa Tissue Dynamics de Rehovot, Nahmias y su equipo pueden producir y manipular 20.000 organoides humanos a la vez. Como son tan pequeños, es posible realizar un gran número de estudios en paralelo.

Tissue Dynamics ya ha desarrollado modelos humanos de riñón e hígado plenamente funcionales, y ahora cuenta también con este modelo de corazón, todos los cuales pueden conectarse a sensores.

Microchip utilizado para producir micromodelos de corazón humano.
Microchip utilizado para producir micromodelos de corazón humano. (Cortesía de Tissue Dynamics)

Además de estudiar las arritmias, Nahmias dice que posiblemente le gustaría utilizar los microcorazones para explorar el ámbito de la isquemia cardiaca, o ataque al corazón, y cómo limitar los daños y promover la regeneración. Otra área a explorar es la cuestión del envejecimiento del órgano y la detención de la hipertrofia (endurecimiento del músculo cardiaco).

«En dos años, a mi laboratorio le gustaría producir organoides cerebrales. Ésa es la próxima frontera», afirma Nahmias.

«Los cerebros son muy complejos, pero por otro lado, cuando se estudian enfermedades como la epilepsia, se observa un tipo de evento arritmogénico en el cerebro. Es una alteración eléctrica… Hay muchos problemas en el cerebro para los que deberíamos encontrar una solución», dijo.

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