Biomechanische Konditionierung von künstlichem Herzmuskelgewebe

Abstract

Zusammenfassung Hintergrund Künstlich hergestelltes Myokard („engineered heart tissue“, EHT) ist vielversprechend als Ersatz für beschädigtes Herzmuskelgewebe und als Modell zur Erforschung kardialer Erkrankungen, doch seine Unreife in Morphologie und Funktion bleibt eine Herausforderung. In dieser Arbeit wurde progressive Dehnung als eine innovative Stimulation zur Förderung der Ausreifung von EHT entwickelt und systematisch evaluiert. Methoden Ringförmige EHT wurden aus humanen induziert-pluripotenten Stammzellen erstellt und in einem biomimetischen Gewebekultursystem schrittweise in 4 verschiedenen Geschwindigkeiten gedehnt. Der selbst entwickelte Bioreaktor ermöglichte eine kontinuierliche elektrische Stimulation und Messung der Kontraktionskräfte von 8 parallel kultivierten EHT. Ergebnisse Die durch Dehnung konditionierten EHT entwickelten innerhalb von 3 Wochen eine dem menschlichen Herzmuskel vergleichbare Kontraktionskraft. Nach dieser Phase wiesen sie charakteristische funktionelle Eigenschaften des menschlichen Myokards auf, inklusive einer positiven Kraft-Frequenz-Abhängigkeit, einer deutlichen Zunahme der Kontraktionskraft bei Steigerung der Vorlast und eines physiologischen Aktionspotenzials. Zudem führte die progressive Dehnung zu Längenwachstum und linearer Ausrichtung der Kardiomyozyten sowie zu verbesserter Dichte und Reifung der Sarkomere. Schlussfolgerung Konditionierung durch progressive Dehnung unterstützt die mechanische, elektrische und strukturelle Reifung von künstlich hergestelltem Myokard. Dieser Ansatz verringert den Unterschied zwischen künstlichem Gewebe und dem adulten menschlichen Myokard und könnte so wichtige Anforderungen der Krankheitsmodellierung und des myokardialen Gewebeersatzes erfüllen.