Development of bioactive implant platforms to assist cardiac tissue repair after myocardial infarction

Resumen

La necrosi irreversible del múscul cardíac es coneix com infart de miocardi (MI) i es dóna quan la isquèmia supera el llindar crític y depassa els mecanismes cel·lulars de reparació. Després d’un MI, el teixit cardíac no té la capacitat suficient d’autoregeneració i com a conseqüència, la isquèmia pot causar la mort, moderada o severa, del teixit. L’enginyeria de teixits és un camp emergent interdisciplinari enfocat a l’obtenció de cultius tridimensionals (3D) emprats per a dos propòsits diferents: aportar eines biomèdiques amb potencial aplicació en la substitució, reparació i regeneració del teixit; o permetre l’estudi in vitro de la fisiologia i la fisiopatologia de manera més precisa. En aquesta tesi s’ha desenvolupat i analitzat un model 3D in vitro basat en el pèptid autoensamblant RAD16-I, i un implant bioactiu per a la reparació del teixit cardíac dins del marc del projecte europeu RECATABI. Els models 3D poden ajudar-nos a estudiar els paràmetres biofísics, biomecànics i bioquímics que regulen la diferenciació cel•lular. En la present tesis, s’ha desenvolupat un model 3D per analitzar el comportament de cèl·lules progenitores derivades de teixit adipós subcutani (subATDPCs) en termes de viabilitat, creixement i expressió gènica, sota la influència de diferents estímuls. Per una altra banda, s’ha desenvolupat un mètode simple i innovador per a l’estudi de l’efecte de l’estímul elèctric en cèl•lules cultivades en el model 3D proposat. L’objectiu final d’aquest model in vitro és entendre millor el comportament que poden tenir aquestes cèl•lules in vivo després de ser implantades. D’aquesta manera s’espera poder millorar la seva actuació en la regeneració o reparació del teixit infartat. S’ha proposat amb anterioritat que l’empelt de cèl·lules progenitores en l’àrea afectada pot contribuir en la generació d’un nou teixit de miocardi. La nostra hipòtesi es basa en que aquest mecanisme es pot millorar amb l’aplicació d’un implant bioactiu que pugui mantenir les cèl·lules en la localització d’implantació, suportar el comportament mecànic del cor i a la vegada proporcionar un micoambient adequat per a les cèl·lules implantades. Amb aquest objectius, es va preparar un material combinant consistent en la inclusió del RAD16-I dins dels microporus de membranes elastomèriques. L’objectiu d’aquest estudi és avaluar la capacitat de sembra d’aquesta plataforma i la supervivència, creixement i expressió gènica de les subATDPCs en el material combinat. Es descriu el desenvolupament i caracterització de bioimplants basats en dues membranes elastomèriques: polietilacrilat (PEA) i policaprolactona 2-metacrilociloxi etil ester (PCLMA). Ambdues són bons materials de suport i també són suficientment elàstiques per a suportar els esforços resultants del batec del cor. A més, ambdós materials compostos faciliten la propagació dels impulsos elèctrics i permeten el manteniment d’expressió gènica de les subATDPCs. Es proposa doncs que els implants bioactius (membranes elastomèriques amb pèptid autoensamblant i subATDPCs) poden millorar l’eficàcia de futures teràpies cel·lulars augmentant la immobilització i supervivència de les cèl·lules en l’àrea afectada.