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Los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidos por humanos (hiPSC-CM) han sido validados a escala internacional y están disponibles para el cribado de cardiotoxicidad in vitro 1. Los hiPSC-CM de alta pureza pueden generarse en cantidades prácticamente ilimitadas, criopreservarse y descongelarse. Al rechapar, también se reaniman y comienzan a contraerse con un ritmo que recuerda al corazón humano 2,3. Sorprendentemente, los hiPSC-CM individuales se acoplan entre sí y forman una sincitia funcional que late como un solo tejido. Hoy en día, las hiPSCs se derivan rutinariamente de muestras de sangre de pacientes, por lo que cualquier persona puede ser representada utilizando ensayos de detección de cardiotoxicidad hiPSC-CM in vitro 4,5. Esto crea la oportunidad de realizar "Ensayos Clínicos en un Plato", con representación significativa de diversas poblaciones6.
Una ventaja crítica sobre los enfoques existentes de detección de cardiotoxicidad de células animales y animales es que los hiPSC-CM utilizan el genoma humano completo y ofrecen un sistema in vitro con similitudes genéticas con el corazón humano. Esto es especialmente atractivo para la farmacogenómica y la medicina personalizada: se prevé que el uso de hiPSC-CM para el desarrollo de medicamentos y otras terapias proporcionará prescripciones de medicamentos más precisas, precisas y seguras. De hecho, los ensayos bidimensionales (2D) de monocapa hiPSC-CM han demostrado ser predictivos de cardiotoxicidad de medicamentos, utilizando un panel de medicamentos clínicamente utilizados con un riesgo conocido de causar arritmias 1,7,8,9. A pesar del vasto potencial de los hiPSC-CM y la promesa de racionalizar y abaratar el desarrollo de fármacos, ha habido una renuencia a utilizar estos nuevos ensayos10,11,12.
Hasta ahora, una limitación importante de la adopción y aceptación generalizadas de los ensayos de detección de hiPSC-CM es su apariencia inmadura, similar a la fetal, así como su función. El tema crítico de la maduración de hiPSC-CM ha sido revisado y debatido en la literatura científica hasta la saciedad13,14,15,16. Del mismo modo, se han empleado muchos enfoques para promover la maduración de hiPSC-CM, incluyendo manipulaciones de matriz extracelular (ECM) en monocapas 2D y el desarrollo de tejidos cardíacos diseñados en 3D (EHT)17,18. Por el momento, existe la creencia generalizada de que el uso de EHT 3D proporcionará una maduración superior en relación con los enfoques basados en monocapa 2D. Sin embargo, las monocapas 2D proporcionan una mayor eficiencia de utilización celular y un mayor éxito en el recubrimiento en comparación con los EHT 3D; Los EHT 3D utilizan un mayor número de células y, a menudo, requieren la inclusión de otros tipos de células que pueden confundir los resultados. Por lo tanto, en este artículo, la atención se centra en el uso de un método simple para madurar hiPSC-CM cultivados como monocapas 2D de células acopladas eléctrica y mecánicamente.
La maduración avanzada de hiPSC-CM se puede lograr en monocapas 2D utilizando un ECM. Las monocapas 2D de hiPSC-CM pueden madurarse utilizando un cubreobjetos de polidimetilsiloxano suave y flexible, recubierto con una matriz de membrana basal secretada por una célula de sarcoma de ratón Engelbreth-Holm-Swarm (ECM de ratón). En 2016, los informes mostraron que los hiPSC-CM cultivados en esta condición de ECM blanda maduraron funcionalmente, mostrando velocidades de conducción potenciales de acción cercanas a los valores cardíacos adultos (~ 50 cm / s)18. Además, estos hiPSC-CM maduros mostraron muchas otras características electrofisiológicas que recuerdan al corazón adulto, incluido el potencial de membrana en reposo hiperpolarizado y la expresión de Kir2.1. Más recientemente, los informes identificaron un recubrimiento ECM derivado de células madre perinatales humanas que promueve la maduración estructural de 2D hiPSC-CMs19. Aquí, se presentan métodos fáciles de usar para monocapas 2D hiPSC-CM estructuralmente maduras para su uso en pantallas electrofisiológicas de alto rendimiento. Además, proporcionamos validación de un instrumento de mapeo óptico para la adquisición y análisis automatizados de la función electrofisiológica monocapa 2D hiPSC-CM, utilizando colorantes sensibles al voltaje (VSD) y sondas y proteínas sensibles al calcio.