7.25.5.4 de la Diffusion à la Perfusion
cependant, la capacité de diffusion limite la profondeur maximale des tissus dans les patchs cardiaques conçus selon l’un ou l’autre principe, et la malnutrition et l’hypoxie peuvent diminuer la viabilité des régions centrales d’un patch cardiaque en croissance.71,96,101 pour les modèles qui utilisent des densités cellulaires initiales plus élevées résultant en un agrégat multicellulaire compact, une profondeur tissulaire maximale de ~100-200 µm a été proposée par plusieurs auteurs., Au plus extrême, les cultures multicouches de cardiomyocytes sans échafaudage qui sont produites par une méthode appelée ingénierie des feuilles cellulaires peuvent connaître des limitations de diffusion à une très faible épaisseur de l’assemblage, ce qui entraîne une épaisseur maximale même inférieure à 100 µm.,101 cependant, il est peu probable qu’un timbre cardiaque développe jamais les forces actives souhaitées pour une augmentation in vivo de la fonction cardiaque, et il ne résistera pas non plus aux forces qui sont périodiquement chargées sur les diverses régions de la paroi myocardique in vivo, à moins que les limites dramatiques actuelles sur les dimensions physiques du timbre ne soient surmontées par de nouvelles modifications apportées aux approches de fabrication actuelles, en particulier les limites concernant l’épaisseur des tissus., À cette fin, une plus grande épaisseur du tissu en croissance peut être obtenue par plusieurs procédés, notamment (1) en ciblant une densité cellulaire plus faible dans la pièce finale, (2) en utilisant un échafaudage avec des pores moyens plus grands, (3) en installant un système de convection moyenne ou même une véritable perfusion via un réseau vasculaire, et (4) en ajoutant, Les Concepts de la catégorie (1) et (2) peuvent entraîner un tissu plus épais, mais les résultats fonctionnels devraient se détériorer parce que les caractéristiques de l’échafaudage sont susceptibles de l’emporter sur l’impact des cellules inoculées.
suivant le concept (3), une série de bioréacteurs ont été testés par divers groupes afin d’augmenter la qualité des patchs cardiaques in vitro. Dans les premiers essais, une convection moyenne sur les surfaces externes du patch a déjà permis d’améliorer les résultats.,71 la viabilité cellulaire, le contenu cellulaire total et les marqueurs de différenciation cardiaque ont été améliorés et ces effets peuvent même être encore renforcés par l’installation d’une véritable perfusion. Cependant, un schéma de perfusion véritablement physiologique dépend d’une énorme capacité capillaire, et une densité capillaire telle qu’elle est présente in vivo peut ne pas être réalisable in vitro en raison de limitations techniques supposables. Notamment, la distance moyenne des vaisseaux capillaires dans le tissu myocardique natif varie de l’ordre de seulement 15-20 µm.,102 pourtant, loin de ce niveau idéal de perfusion, un seul vaisseau central dans une construction cardiomyocytaire 3D peut fournir la plate-forme structurelle pour une amélioration significative de la viabilité et de la fonction cellulaire lorsque le milieu de culture est pompé à travers elle.103 en utilisant des techniques d’imagerie disruptive, une corrélation spatiale de la viabilité avec le niveau de perfusion peut devenir visible, ce qui démontre l’effet bénéfique frappant de modifications relativement simples d’un modèle in vitro., Inutile de dire que, avec et même au-delà de la survie pure des cardiomyocytes, un large éventail de paramètres fonctionnels dépendent fortement de la perfusion tissulaire.104 par conséquent, l’extension d’un navire central à plusieurs navires a été tentée dans plusieurs études.105-107 un patch cardiaque basé sur un matériau synthétique poreux contenant plusieurs canaux pénétrant dans l’échafaudage a été ensemencé avec des cardiomyocytes afin d’améliorer la distribution spatiale des cellules et la préservation des marqueurs des cardiomyocytes Matures., Cependant, malgré les changements positifs apparents concernant la nutrition et l’apport en oxygène dans les régions centrales des plaques cardiaques de 2 mm d’épaisseur, une masse cellulaire compacte d’une profondeur considérablement supérieure à 100 µm est difficile à atteindre, même dans le cas de l’utilisation d’échafaudages canalisés.105 comme prochaine étape logique, des structures plus délicates ont été évaluées pour leur aptitude à remplacer un réseau vasculaire., Des ensembles de ramification et de collecte de structures tubulaires interconnectées de plus petits diamètres créés dans la plage de 60 à 120 µm ont été prouvés accessibles aux techniques de reendothélialisation in vitro.108 apparemment, les progrès technologiques en cours repoussent continuellement les limites de la miniaturisation des composants structurels biocompatibles, tels que les réseaux vasculaires et les modèles ECM.,109 Les expériences d’échafaudages micropatternés ont non seulement élargi notre compréhension de l’interrelation de la morphologie et de la fonction, mais ont également ouvert une nouvelle voie à la manipulation in vitro et à la génération de substrats vivants multicellulaires.108-112 Si cette tendance à expérimental réduction sera guidée par un transfert continu de la technologie impliquée dans la pratique clinique reste spéculative. Du point de vue clinique, dans le cas d’un patch cardiaque canalisé, certaines limitations peuvent être rencontrées pour remplacer une structure porteuse de fonction de barrière sanguine (par exemple,, paroi septale entre deux chambres ventriculaires ou la paroi ventriculaire libre) doivent être traitées. Plus difficile, dans le cas d’un arbre vasculaire miniaturisé, une connexion de tous les canaux à un seul réseau et la liaison de ce réseau à la circulation sanguine justifient de nouvelles stratégies avant que ces constructions puissent être évaluées in vivo dans des études à long terme. Malgré ces préoccupations, les principes convaincants mis en évidence par ces expériences ont établi de nouvelles normes pour la génération d’un patch cardiaque bioartificiel.,
Une autre approche qui vise à établir une perfusion tissulaire fonctionnelle est basée sur la préservation et l’emploi d’un réseau vasculaire natif intact après l’élimination sélective des composants cellulaires environnants. Cette méthode a été développée au cours des deux dernières décennies et s’est répandue parmi diverses disciplines comme la décellularisation.113 cependant, le domaine de l’ingénierie des tissus myocardiques a reçu peu d’attention, par rapport à des travaux scientifiques similaires axés sur d’autres types de tissus ou systèmes d’organes, par exemple,, ingénierie tissulaire urologique ou ingénierie tissulaire de la valve cardiaque.114-117 mais récemment, la décellularisation a connu un renouveau en tant qu’outil magique pour contourner les énormes problèmes qui limitent actuellement les concepts d’ingénierie des tissus mous. Par application contrôlée d’une série de solutions détergentes équilibrées, une perturbation des jonctions cellule–cellule et cellule–ECM est possible avec des modifications acceptables de L’ECM. Ce principe a été appliqué à de nombreux tissus et fragments d’organes, y compris la vessie, la petite sous-muqueuse intestinale, le muscle squelettique, les vaisseaux artériels et les valves cardiaques.,118-121 dans une étude récente, la perfusion d’un cœur de rongeur avec des solutions détergentes a abouti à un cœur entier décellularisé qui a par conséquent servi de modèle pour l’ingénierie des tissus cardiaques. Par injection multifocale de cardiomyocytes de rat néonatal, on peut obtenir une activité contractile macroscopique qui contribue à la génération de force détectable., Ce modèle préliminaire d’un cœur entier d’ingénierie tissulaire a été caractérisé au niveau histologique, biologique moléculaire et électrophysiologique et les résultats in vitro stimulent l’enthousiasme quant à l’avenir de l’ingénierie tissulaire cardiaque. Plus important encore, Ce modèle comprend déjà un réseau vasculaire de haute qualité en termes de distribution des vaisseaux dans tout l’échafaudage (Fig. 2)., De plus, une réduction douce et progressive du diamètre du vaisseau menant du côté artériel de l’aorte à l’échelle millimétrique vers les capillaires à l’échelle micrométrique et revenant du côté veineux des capillaires vers l’oreillette droite sont des avantages majeurs de l’origine développementale native des échafaudages décellularisés.122 cependant, il faut veiller à maintenir la perméabilité des structures capillaires, car elles peuvent être obstruées par des débris cellulaires pendant le processus de lavage le long de la décellularisation., Une évaluation pratique peut être réalisée par perfusion du système coronaire par injection de colorant indicateur dans la racine aortique du cœur décellularisé (Fig. 3). Cependant, une évaluation quantitative de la perméabilité de microvasculature est plus difficile et justifie une quantité considérable de travail d’investigation afin d’établir des résultats valides et reproductibles. En outre, une occlusion thrombotique lors du repeuplement transluminal ultérieur (par exemple,, l’application de cellules endothéliales à travers le système vasculaire coronaire) ou lors d’une perfusion in vivo avec du sang total doit être évitée, et des études plus détaillées doivent prouver la reproductibilité et l’efficacité d’une perfusion maintenue dans des conditions in vivo.123-125 cependant, la preuve de concept est là122 et les données d’études connexes sur les implants cardiovasculaires décellularisés suggèrent la faisabilité de mesures anti-thrombotiques innées par la modification des protocoles de décellularisation., À cette fin, un ECM myocardique décellularisé fait partie des meilleurs échafaudages candidats pour la création d’un patch cardiaque, car il remplit plusieurs conditions générales: (i) biocompatibilité, (ii) stabilité biomécanique, (iii) vascularisation et (iv) potentiel d’interaction biologique et de remodelage.116 les études en cours finiront par prouver la valeur in vivo de cette approche.
Fig. 2. Vue macroscopique d’un cœur de rat décellularisé par un détergent avec une macrovasculature préservée., L’aorte ascendante est marquée d’astérisques; les flèches indiquent l’artère descendante antérieure gauche (LAD). LA, appendice auriculaire gauche; RVOT, tractus d’écoulement ventriculaire droit.
Fig. 3. Évaluation brute de la perméabilité de la macrovasculature coronaire. L’aorte ascendante (astérisque) est intubée avec une canule et une solution de colorant est injectée pour perfuser le système vasculaire coronaire de manière antégrade afin de démontrer la macrovasculature coronaire préservée., La flèche indique l’artère descendante antérieure gauche (LAD).
selon d’autres stratégies visant à surmonter les limites de taille dans l’ingénierie des patchs cardiaques, la formation in vitro de structures capillaires par les cellules endothéliales et leurs progéniteurs est favorisée. En utilisant un échafaudage liquide et un mélange de cellules cardiaques et endothéliales, une réorganisation in vitro spontanée des deux principaux types de cellules a été observée par différents groupes.,23 126 structures tubulaires dérivées de cellules endothéliales qui peuvent ressembler à des structures capillaires primitives ont été observées dans des échafaudages synthétiques ainsi que dans des échafaudages biologiques au cours d’une culture in vitro. Bien que les structures respectives représentent des entités uniques en localisation lâche et dispersée sans continuité uniforme, elles ont été considérées comme des substituts d’un préarrangement vasculaire avec la possibilité de finaliser la maturation sur application in vivo.126 ce dernier problème est mis en évidence par des essais portant sur un modèle d’implantation cardiaque chez des rongeurs,100 qui sont examinés plus en détail à la Section 7.25.,5.2. Mais indépendamment de la possibilité d’une connexion éventuelle de ces capillaires primitifs à la circulation systémique, il existe un nombre croissant de preuves soutenant l’hypothèse qu’un large éventail d’effets biologiques sur les cardiomyocytes et les cellules interstitielles peuvent être déclenchés par la fraction de cellules endothéliales dans un patch cardiaque en croissance. L’ajout D’EC soutient le maintien d’un statut différencié, représente un facteur prosurvival et augmente la performance fonctionnelle des patchs cardiaques.,23,127 étonnamment, bien que différents matériaux d’échafaudage biologiques et synthétiques avec une microstructure variable aient été utilisés, l’effet de cette stratégie sur le résultat en termes de viabilité cellulaire optimisée et d’activité contractile était comparativement élevé, suggérant un rôle protecteur indépendant pour les cocultures D’EC dans un patch cardiaque.
