Na última década, o cultivo in vitro de células miocárdias fez grandes avanços, desde técnicas 2D e tridimensionais (3D) até o uso de organoides e células-tronco pluripotentes induzidas diferenciadas em miócitos cardíacos 1,2,3. Os cultivos de ex vivo e células primárias têm se mostrado de grande valor, especialmente para estudos genéticos e desenvolvimento de medicamentos 4,5,6. O uso de tecidos humanos melhora o valor translacional dos resultados. O cultivo 3D a longo prazo de tecidos miocárdios com geometria intacta, no entanto, não é bem estabelecido. A geometria intacta é uma característica fundamental para imitar condições in vivo, já que a função cardíaca adequada, a comunicação entre diferentes células, bem como as interações entre matriz celular são pré-requisitos. O cultivo de tecido miocárdio passou por várias fases de desenvolvimento. A taxa de sucesso e a estabilidade do cultivo de tecido miocárdio ex vivo foram inicialmente bastante baixas, mas abordagens recentes produziram resultados promissoresde 7,8,9,10,11.
Entre eles, Fischer et al. foram os primeiros a demonstrar que a viabilidade e o desempenho contítil do tecido miocárdio humano podem ser mantidos no cultivo de células ex vivo por muitas semanas7. Sua técnica foi baseada em fatias finas de tecido cortadas do miocárdio humano explantado, que foram montadas em câmaras de cultivo recém-desenvolvidas que forneceram condições biomecânicas definidas e estimulação elétrica contínua. Este método de cultivo se assemelha muito à função in vivo do tecido miocárdio, e foi reproduzido por vários grupos de pesquisa independentes 2,12,13,14,15. É importante ressaltar que as câmaras utilizadas por Fischer et al. também permitiram o registro contínuo de forças desenvolvidas por até 4 meses, e assim abriram oportunidades inéditas para pesquisas fisiológicas e farmacológicas sobre miocárdio humanointacto 7.
Técnicas semelhantes foram desenvolvidas independentemente por outros grupos e aplicadas ao miocárdio humano, rato, suíno e coelho 7,10,11. Pitoulis et al. desenvolveram posteriormente um método mais fisiológico, que reproduz a relação normal de comprimento de força durante um ciclo de contração, mas é menos adequado para análise de alto rendimento16. Como tal, a abordagem geral do cultivo biomimético pode ser considerada como mais um passo para a redução, refinamento e substituição (3R) de experimentos animais.
No entanto, a exploração desse potencial requer procedimentos padronizados, análises de alto conteúdo e um alto nível de rendimento. Apresentamos uma técnica que combina o corte automatizado do miocárdio humano vivo com a manutenção in vitro em um sistema de cultivo biomimético que se tornou comercialmente disponível (ver Tabela de Materiais). Com a abordagem proposta, o número de fatias individuais que podem ser geradas a partir de uma única amostra miocárdia transmural é limitado apenas pelo tempo de processamento. Uma amostra de tamanho e qualidade suficientes (3 cm x 3 cm) muitas vezes produz 20-40 fatias de tecido sendo convenientemente cortadas com um vibratome automatizado. Essas fatias podem ser colocadas em câmaras de cultivo pertencentes ao sistema. As câmaras permitem estimulação elétrica, cujas parâmetros podem ser moduladas (ou seja, duração do pulso, polaridade, taxa e corrente), bem como o ajuste da pré e pós-carga, utilizando fios de mola dentro das câmaras. A contração de cada fatia é registrada a partir do movimento de um pequeno ímã ligado a um fio de mola e exibido como um gráfico interpretável. Os dados podem ser registrados o tempo todo e analisados usando software livremente disponível. Além do ritmo constante da linha de base, protocolos programados podem ser realizados para avaliar funcionalmente seu período refratário, limiar de estimulação, potencialização pós-pausa e relação de frequência de força.
Este cultivo biomimético de longo prazo de múltiplas fatias de miocárdio de um coração individual abre caminho para futuras pesquisas ex vivo em tecido humano e animal, e facilita a triagem para efeitos terapêuticos e cardiotóxicos de drogas na medicina cardiovascular. Já foi aplicado em diversas abordagens experimentais 2,12,13,15. Aqui, damos uma descrição detalhada passo a passo da preparação do tecido humano e fornecemos soluções para problemas de cultivo frequentemente encontrados.