Evaluación del potencial de crecimiento de las válvulas cardíacas diseñadas por ingeniería de tejidos
Las válvulas cardíacas artificiales, como las válvulas mecánicas y las válvulas tisulares, se emplean generalmente en pacientes que presentan una válvula cardíaca disfuncional. Estas tienen sus ventajas y desventajas. La durabilidad de las válvulas tisulares actuales es limitada debido a que no presentan tejido vivo que pueda adaptarse y autorepararse, y aunque en principio las válvulas mecánicas pueden funcionar durante mucho tiempo, requieren un tratamiento anticoagulante de por vida y no pueden adaptarse a los cambios en el entorno o los requisitos del organismo. Esto restringe el uso de prótesis valvulares en pacientes pediátricos, que necesitan múltiples reoperaciones para abordar el crecimiento somático. Las TEHV tienen potencial de crecimiento y remodelación, pero su uso en pacientes, especialmente en niños, está limitado debido a que se sabe muy poco sobre los procesos de crecimiento y remodelación de los tejidos en el corazón. Muchos estudios preclínicos han puesto de manifiesto este hecho, ya que las TEHV perdían su funcionalidad con el tiempo a causa de una remodelación tisular adversa. Los objetivos del proyecto G-Valve eran comprender los mecanismos de crecimiento y remodelación en las válvulas naturales del corazón humano y utilizar esta información para predecir el potencial de crecimiento de las TEHV. Los mecanismos mecanobiológicos (procesos biológicos estimulados por factores mecánicos) relacionados con la adaptación de las válvulas fueron examinados mediante la integración de la mecánica de medios continuos avanzada y la biología celular. Esto permitió el desarrollo de modelos predictivos del crecimiento de las válvulas. Modelización de la adaptación cardiovascular «Para nuestra investigación sobre la adaptación de las válvulas cardíacas naturales, tuvimos acceso a un conjunto de datos experimentales único que incluye las propiedades geométricas y de los materiales de válvulas cardíacas aórticas y pulmonares humanas de varias edades», comenta la doctora Loerakker, coordinadora del proyecto. Mediante el uso de análisis computacionales que comprenden modelos matemáticos y simulaciones por ordenador, en parte en colaboración con la profesora Ellen Kuhl de la Universidad de Stanford, se descubrió que todas estas válvulas parecían estar sujetas a un grado similar de distensión mecánica en condiciones de carga hemodinámica específicas para la edad y el órgano. Es más, este resultado indicó que las válvulas cardíacas humanas naturales se adaptan para preservar un cierto estado de distensión a lo largo de la vida, que actúa como un parámetro mecánico homeostático. G-Valve mejoró el desarrollo de un modelo computacional de la vía de señalización Notch, que desempeña un papel fundamental durante el desarrollo y la adaptación cardiovascular. «El desarrollo de este modelo computacional fue más difícil de lo esperado y requirió mucho más tiempo del previsto», añade la doctora Loerakker. Utilizando como datos de partida datos experimentales que demostraban la sensibilidad de las proteínas Notch a las señales mecánicas (mecanosensibilidad), el modelo predijo que la homeostasis tisular podría aparecer o desaparecer repentinamente ante ciertos cambios en la geometría tisular. Este hallazgo proporcionó una explicación de por qué y cómo los tejidos cardiovasculares pueden comenzar a dejar de crecer en función de la comunicación mecanosensible intercelular. Los descubrimientos de este estudio fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). TEHV con crecimiento y funcionalidad a largo plazo: el futuro G-Valve ha generado datos computacionales relacionados con los procesos de señalización mecanosensible intercelular durante el desarrollo y la adaptación tisular, que han servido como punto de partida para una nueva línea de investigación. El equipo de investigación confía en que esto permitirá el diseño racional mediante ingeniería de tejidos de tejidos cardiovasculares que puedan crecer y remodelarse en función de las necesidades del paciente. Esto, a su vez, impulsará la excelencia y la competitividad de Europa en los campos de la biomecánica y la ingeniería de tejidos, y dará lugar a la utilización a largo plazo de tejidos cardiovasculares artificiales en general y de las TSEHV en particular.
Palabras clave
G-Valve, válvulas cardíacas, válvulas cardíacas diseñadas por ingeniería de tejidos (TEHV), tejidos cardiovasculares, crecimiento y remodelación, modelo computacional, ingeniería de tejidos, distensión mecánica
