在实验指导下,设计了人工心脏组织,以改善心肌梗塞后的心脏电功能
Ricardo M Rosales1, Konstantinos A Mountris2, Aida Oliván-Viguera1
1Instituto de Investigación Sanitaria de Aragón (IIS Aragón), Zaragoza, Aragón, Spain; CIBER-BBN, ISCIII, Madrid, Spain; Aragón Institute of Engineering Research (I3A), University of Zaragoza, Zaragoza, Aragón, Spain.
Computers in biology and medicine
|February 9, 2024
概括
计算模型揭示了脚手架设计优化了工程心脏组织 (EHT) 的电特性,用于心脏修复. 小的,长长的六角支架改善电导和减少心肌梗塞后心律失常的风险.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 心血管研究研究心血管研究
- 计算机建模 计算建模
背景情况:
- 使用人类诱导的多能干细胞衍生的心肌细胞 (hiPSC-CMs) 的工程心脏组织 (EHTs) 显示了心肌梗塞修复的潜力.
- 未成熟的hiPSC-CMs表现出电生理学特性,这些特性在移植时会导致心律失常.
- 三维 (3D) 支架可以促进hiPSC-CM成熟和对齐,但它们对EHT电生理学的影响尚未完全理解.
研究的目的:
- 通过计算来研究脚手架设计如何影响EHT在心脏梗塞组织上植入之前和之后的电气特性.
- 确定最佳的脚手架特性,以改善EHT电生理学和降低心律失常风险.
主要方法:
- 开发和校准在体中EHT模型使用实验电气记录从体外EHTs.
- 模拟的EHT具有各种脚手架孔径,形状 (方形,矩形,形,六角形) 和厚度.
- 在心脏病发作的组织模型上评估电去极化和再极化动态,包括激活时间 (AT),在移植前和移植后.
主要成果:
- 具有小 (0.2mm2) 的支架,延长 (30°半角) 的六角孔加速了EHT激活,并改善了心脏异性异性仿真.
- 脚手架的厚度对非植入的EHT电生理学影响很小.
- 发病组织中双向传播的最佳EHT导电率至少为健康组织导电率的5%. 小的,长长的六角支架在这个门以上的嵌入式模型中最大限度地减少了AT.
结论:
- 脚手架的设计显著影响了EHT的电生理性质,小的,长长的六角形证明是增强电导的最有效的.
- 优化的EHT导电性和均的细胞方向进一步减少了激活时间和再极化梯度,最大限度地降低了移植后心律失常风险.
- 计算建模为预测和优化心脏再生医学的EHT性能提供了有价值的工具.
