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Quarta-feira, fevereiro 1, 2023

Ataque cardíaco em um chip: replicando os principais aspectos do assassino número 1 da América

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Os pesquisadores desenvolveram um “chip de ataque cardíaco” que replica algumas das principais características de um ataque cardíaco em um sistema relativamente simples e fácil de usar. Poderia um dia servir como um campo de testes para desenvolver novos remédios para o coração e até remédios personalizados.


USC as pesquisadoras Megan McCain e a pós-doutoranda Megan Rexius-Hall criaram um modelo em microescala que pode replicar aspectos-chave do infarto do miocárdio e pode um dia servir como um campo de teste para novos medicamentos personalizados para o coração.

Um “chip de ataque cardíaco” – um dispositivo que poderia um dia servir como teste para desenvolver novos medicamentos para o coração e até medicamentos personalizados – foi desenvolvido por pesquisadores do Departamento de Biomedicina Alfred E. Mann da University of Southern California (USC). Engenharia.


“Nosso dispositivo replica algumas das principais características de um ataque cardíaco em um sistema relativamente simples e fácil de usar”, disse Megan McCain, professora associada de engenharia biomédica e biologia de células-tronco e medicina regenerativa, que desenvolveu o dispositivo com a pesquisadora de pós-doutorado Megan Rexius-Hall.

“Isso nos permite entender mais claramente como o coração está mudando após um ataque cardíaco. A partir daí, nós e outros podemos desenvolver e testar drogas que serão mais eficazes para limitar a degradação do tecido cardíaco que pode ocorrer após um ataque cardíaco”, acrescentou McCain.

McCain, um “engenheiro de tecidos cardíacos”, cujo trabalho anteriormente incluía co-desenvolver um coração em um chip, e Rexius-Hall detalham suas descobertas em um artigo publicado recentemente na revista Os avanços da ciência intitulado “A Myocardial Infarct Border-Zone-On-A-Chip Demonstrates Distinct Regulation of Cardiac Tissue Function by an Oxygen Gradient.”


Assassino número 1 da América

A doença cardíaca coronária é o assassino número 1 da América. Em 2018, 360,900 americanos sucumbiram a ela, tornando as doenças cardíacas responsáveis ​​por 12.6% de todas as mortes nos Estados Unidos, de acordo com a AHA. A doença coronariana grave pode causar um ataque cardíaco, que é responsável por grande parte dessa dor e sofrimento. Os ataques cardíacos ocorrem quando gordura, colesterol e outras substâncias nas artérias coronárias reduzem severamente o fluxo de sangue rico em oxigênio para parte do coração. Entre 2005 e 2014, uma média de 805,000 americanos por ano tiveram ataques cardíacos.

Mesmo que um paciente sobreviva a um ataque cardíaco, com o tempo ele pode ficar cada vez mais cansado, enervado e doente; alguns até morrem devido a insuficiência cardíaca. Isso porque as células do coração não se regeneram como outras células musculares. Em vez disso, células imunológicas aparecem no local da lesão, algumas das quais podem ser prejudiciais. Além disso, desenvolvem-se cicatrizes que enfraquecem o coração e a quantidade de sangue que ele pode bombear.

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Modelo em microescala desenvolvido pelos pesquisadores da USC Megan Mccain e Megan Rexius que pode replicar os principais aspectos do infarto do miocárdio e pode um dia servir como um teste para novos medicamentos personalizados para o coração. Crédito: Megan Rexius

No entanto, os cientistas não entendem completamente esse processo, especialmente como as células cardíacas nas partes saudáveis ​​e feridas do coração se comunicam umas com as outras e como e por que elas mudam após um ataque cardíaco.


McCain e Rexius-Hall acreditam que seu ataque cardíaco em um chip pode lançar alguma luz sobre esses mistérios.

“Fundamentalmente, queremos ter um modelo que possa levar a uma melhor compreensão da lesão por ataque cardíaco”, disse Rexius-Hall.  

Ataque cardíaco em um chip

O ataque cardíaco em um chip é literalmente construído do zero. Na base está um dispositivo microfluídico quadrado de 22 por 22 milímetros, um pouco maior que um quarto – feito de um polímero parecido com borracha chamado PDMS – com dois canais em lados opostos por onde os gases fluem. Acima dela fica uma camada muito fina do mesmo material de borracha, que é permeável ao oxigênio. Uma microcamada de proteína é então padronizada na parte superior do chip, “para que as células do coração se alinhem e formem a mesma arquitetura que temos em nossos corações”, disse McCain. Finalmente, células cardíacas de roedores são cultivadas sobre a proteína.

Para simular um ataque cardíaco, gás com oxigênio e gás sem oxigênio é liberado através de cada canal do dispositivo microfluídico, “expondo nosso coração em um chip a um gradiente de oxigênio, semelhante ao que realmente acontece em um ataque cardíaco”, disse McCain.

Como o dispositivo microfluídico é pequeno, claro e fácil de ver em um microscópio, acrescentou McCain, ele também permite que os pesquisadores observem em tempo real mudanças funcionais que às vezes acontecem no coração após um ataque, incluindo uma arritmia ou um batimento cardíaco irregular. e disfunção contrátil ou diminuição da força de contração do coração. No futuro, os pesquisadores podem tornar o modelo mais complexo adicionando células imunes ou fibroblastos, as células que geram a cicatriz após um ataque cardíaco.

Por outro lado, os pesquisadores não podem observar as alterações no tecido cardíaco em tempo real com modelos animais. Além disso, os modelos tradicionais de cultura celular expõem uniformemente as células cardíacas a níveis altos, médios ou baixos de oxigênio, mas não a um gradiente. Isso significa que eles não podem imitar o que realmente acontece com as células cardíacas danificadas na chamada zona de fronteira após um ataque cardíaco, disse Rexius-Hall.

Acrescentou McCain: É muito emocionante e gratificante imaginar nosso dispositivo tendo um impacto positivo na vida dos pacientes em um futuro próximo, especialmente para ataques cardíacos, que são extremamente prevalentes”.

Referência: “Uma zona de borda de infarto do miocárdio em um chip demonstra regulação distinta da função do tecido cardíaco por um gradiente de oxigênio” 7 de dezembro de 2022, Os avanços da ciência.
DOI: 10.1126 / sciadv.abn7097



Outros co-autores neste papel incluem Natalie Khalil, um USC Viterbi Ph.D. estudante de engenharia biomédica; Sean Escopete e Sarah Parker do Smidt Heart Institute no Cedars-Sinai Medical Center; e Xin Li, Jiayi Hu, Hongyan Yuan do Departamento de Mecânica e Engenharia Aeroespacial da Southern University of Science and Technology na China.

O Instituto Nacional do Coração, Pulmão e Sangue e a American Heart Association (AHA) apoiaram esta pesquisa.


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