Un fármaco virtual ayudará a mejorar la resolución de imágenes cardíacas

El corazón vivo se contrae y relaja cada segundo mientras bombea, pero para los investigadores que estudian la conducción eléctrica, este bombeo esencial es una característica confusa que llaman “artefacto de movimiento”.

Los investigadores necesitan leer ese indicador bursátil, es decir, las señales fluorescentes en movimiento que indican el funcionamiento eléctrico de las células del corazón, pero para hacerlo, normalmente tienen que usar medicamentos que detengan el latido de las células mientras toman sus medidas.

Esto puede afectar la electrofisiología cardíaca y limitar la capacidad de estudiar cómo se acopla la conducción eléctrica tanto a la contracción mecánica como a la estructura celular.

Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un nuevo enfoque computacional para eliminar el movimiento en imágenes de células y tejidos del corazón en expansión y contracción. Al eliminar computacionalmente el movimiento, el algoritmo imita la acción del fármaco al detener el corazón, sin comprometer la estructura celular o la contractilidad del tejido.

Los resultados de la investigación, dirigida por Nathaniel Huebsch, profesor asistente de ingeniería biomédica, y Guy Genin, profesor Harold y Kathleen Faught de ingeniería mecánica, ambos en la Escuela de Ingeniería McKelvey, se publican en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

“Cuando el corazón late, la señal eléctrica atraviesa el tejido y eso desencadena una compresión mecánica”, dijo Huebsch, quien estudia cómo las señales mecánicas afectan el desarrollo y la enfermedad del corazón.

Afecciones del corazón

Según explican, en muchos casos, las arritmias mortales ocurren porque el pulso eléctrico se desacopla de la compresión mecánica. “Nuestro grupo aprovecha los biomateriales y la genética para estudiar cómo se desarrollan las miocardiopatías hereditarias, y estamos muy entusiasmados de tener una herramienta que nos permita, por primera vez, estudiar de forma directa y no invasiva el acoplamiento electromecánico en los cardiomiocitos”, continuó Huebsch.

Destacan que el algoritmo del equipo imita la acción de la blebbistatina, un fármaco que inhibe el movimiento del músculo cardíaco pero que también puede afectar negativamente la estructura subyacente de estas células. Genin y Huebsch trabajaron con Eliot Elson, profesor emérito de Bioquímica y Biofísica Molecular de la Facultad de Medicina, en el método.

El desarrollo del método y su perfeccionamiento para su uso en tejidos cardíacos diseñados a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos (iPSC) fue codirigido por Louis Woodhams, profesor titular de ingeniería mecánica y ciencia de materiales y ex alumno de McKelvey Engineering que obtuvo una maestría y un doctorado en 2017 y 2022, y Jingxuan Guo, quien obtuvo un doctorado en ingeniería mecánica y ciencia de materiales en 2022.

La blebbistatina virtual se creó a partir de dos algoritmos:

• Uno que ha tenido éxito en la estimación de desplazamientos para el mapeo cardíaco
• Otro que utiliza el primero para mapear señales en evolución a una imagen estabilizada del tejido.

Debido a que la blebbistatina virtual no altera la contractilidad del tejido, Huebsch dijo que este enfoque permitió a los investigadores monitorear directamente el acoplamiento de las ondas de calcio, el voltaje de la membrana y la contracción mecánica latido a latido en los modelos de tejido cardíaco iPSC de su laboratorio, lo que les brindó una idea de las enfermedades del corazón.

Una de esas enfermedades es la miocardiopatía hipertrófica, una afección genética en la que el músculo cardíaco se engrosa y se vuelve rígido, lo que dificulta el latido del corazón. Esta afección, a menudo silenciosa, que afecta aproximadamente a una de cada 500 personas, es la causa natural de muerte más común en niños y adultos jóvenes.

En el estudio, compararon el músculo cardíaco diseñado con células cardíacas a las que se les dio una mutación genética para la miocardiopatía hipertrófica, y pudieron comparar el acoplamiento mecánico-eléctrico en los dos al eliminarles aproximadamente el 95% del movimiento.

Sigue leyendo:
• Científicos creen que una vitamina puede transformar las células asesinas naturales en una terapia contra el cáncer
• Inician ensayos de una vacuna universal contra la gripe en EE.UU.
• ‘Clade 9’: la nueva variante del virus causante de la varicela detectada en la India