González Lana, Sandra
Sánchez Somolinos, Carlos (dir.) ; Ochoa Garrido, Ignacio (dir.) ; Monge Prieto, Rosa María (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2023
Abstract: Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de muerte. No obstante, el proceso de cribado de medicamentos cardíacos para humanos enfrenta desafíos importantes. Realizar experimentos in vivo presenta riesgos significativos para los sujetos humanos y los modelos animales no replican fielmente la fisiología humana. Para abordar este problema, existe una creciente demanda de un modelo humano in vitro fiable de tejido cardíaco que se asemeje estrechamente al entorno cardíaco. Teniendo el ejemplo de la medicina regenerativa, los modelos de corazón in vitro buscan crear unidades funcionales en miniatura que reproduzcan aspectos específicos del músculo cardíaco de manera simplificada, sin necesidad de estructuras intrincadas que puedan obstaculizar los esfuerzos regenerativos a gran escala. El enfoque se centra en desarrollar modelos sencillos y seguros que promuevan la maduración del tejido al guiar la anisotropía tisular y el acoplamiento eléctrico. Además, estos modelos tienen como objetivo establecer plataformas capaces de mediciones en tiempo real para capturar las interacciones entre el corazón y otros modelos de órganos. Los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC-CM) ofrecen un suministro abundante de células cardíacas que pueden producirse tanto a partir de pacientes sanos como de aquellos con afecciones hereditarias. Sin embargo, una limitación importante de hiPSC-CMs es que muestran un fenotipo similar al de etapas prenatales, careciendo de la completa madurez vista en los cardiomiocitos humanos adultos. Estas variaciones abarcan diferencias en el metabolismo, estructura y funcionalidad celular.
Este trabajo de tesis tiene como objetivo desarrollar las técnicas y enfoques necesarios para crear un modelo cardíaco dentro de dispositivos microfluídicos basados en COP, incorporando un microentorno biomimético que tenga en cuenta características fisicoquímicas cruciales para la maduración fenotípica de hiPSC-CM. Para lograr este objetivo, se han empleado varias estrategias. En primer lugar, se ha empleado la modificación de la química superficial de dispositivos de COP para inmovilizar hidrogeles de colágeno con células cardiacas embebidas y preservar su estructura tridimensional (3D) para el mantenimiento de gradientes. Además, se ha explorado la modificación de la topografía del sustrato para alinear hiPSC-CMs. Utilizando técnicas de fotoestampado adaptadas, se fabricaron sustratos para moldear láminas de PDMS, promoviendo la alineación de las fibras de actina en la dirección de los surcos.
Por otro lado, se ha investigado el impacto del medio de cultivo utilizado para el co-cultivo prolongado (10 días) de hiPSC-CM y células endoteliales de la arteria coronaria humana (HCAEC). Este estudio compara plataformas tradicionales basadas en insertos frente a un dispositivo microfluídico, con un enfoque específico en evaluar aspectos estructurales y funcionales, en particular la contractilidad y la electrofisiología de hiPSC-CM. Por último, se ha implementado la metodología necesaria para estimular mecánicamente y perfundir HCAEC bajo condiciones de flujo y esfuerzo de cizalla y se han analizado los efectos de patrones de flujo fisiológicos y patológicos.
Abstract (other lang.):
Este trabajo de tesis tiene como objetivo desarrollar las técnicas y enfoques necesarios para crear un modelo cardíaco dentro de dispositivos microfluídicos basados en COP, incorporando un microentorno biomimético que tenga en cuenta características fisicoquímicas cruciales para la maduración fenotípica de hiPSC-CM. Para lograr este objetivo, se han empleado varias estrategias. En primer lugar, se ha empleado la modificación de la química superficial de dispositivos de COP para inmovilizar hidrogeles de colágeno con células cardiacas embebidas y preservar su estructura tridimensional (3D) para el mantenimiento de gradientes. Además, se ha explorado la modificación de la topografía del sustrato para alinear hiPSC-CMs. Utilizando técnicas de fotoestampado adaptadas, se fabricaron sustratos para moldear láminas de PDMS, promoviendo la alineación de las fibras de actina en la dirección de los surcos.
Por otro lado, se ha investigado el impacto del medio de cultivo utilizado para el co-cultivo prolongado (10 días) de hiPSC-CM y células endoteliales de la arteria coronaria humana (HCAEC). Este estudio compara plataformas tradicionales basadas en insertos frente a un dispositivo microfluídico, con un enfoque específico en evaluar aspectos estructurales y funcionales, en particular la contractilidad y la electrofisiología de hiPSC-CM. Por último, se ha implementado la metodología necesaria para estimular mecánicamente y perfundir HCAEC bajo condiciones de flujo y esfuerzo de cizalla y se han analizado los efectos de patrones de flujo fisiológicos y patológicos.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: ciencias médicas ; biotecnología ; fisiología cardiovascular ; cultivo celular
Titulación: Programa de Doctorado en Ingeniería Biomédica
Plan(es): Plan 510
Knowledge area: Ingeniería y Arquitectura
Nota: Presentado: 30 11 2023
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2023
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Fecha de embargo : 2025-11-29
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