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Durante el mes de febrero el corazón humano tiene un papel protagónico en muchas partes del mundo. Febrero es el Mes del Corazón en los Estados Unidos, como parte de un plan para crear conciencia sobre la prevención de enfermedades cardíacas. Además se celebra el Día de San Valentín, que se enfoca en el corazón como símbolo del amor y la amistad entre las personas.
El corazón humano es el centro de atención en la EEI
El corazón humano a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI) ocupa el centro de la atención todo el año. Las enfermedades cardíacas y otros factores como el envejecimiento que afecta a este órgano pueden cambiar la salud y el bienestar general de un individuo. Uno de esos factores es la microgravedad. Y recientes investigaciones patrocinadas por el Laboratorio Nacional de la EEI persiguen formas de proteger a los astronautas de sus efectos.
Ya que muchos de los cambios cardiovasculares estudiados en los astronautas se parecen a los provocados por el proceso de envejecimiento. Estos estudios además nos ayudan en la búsqueda de maneras de prevenir y tratar las enfermedades cardíacas y el envejecimiento en nuestro planeta.
Muchas investigaciones recientes desarrolladas en las Estación Espacial Internacional usan chips de tejido, que son pequeños dispositivos que imitan las funciones de los órganos de un ser humano.
Con esta herramienta se obtienen cultivos tridimensionales (3D) de ciertas clases de células, tejidos elaborados con células que han sido modificadas para poder producir características específicas y hasta organoides o estructuras en 3D hechas con todos los diferentes tipos de células que tiene un órgano determinado, incluido el corazón. Estos prototipos de corazones reales permiten llevar a cabo nuevos tipos de estudios y pruebas con fármacos.
El “Cardiac Myocytes” y las células madre
“Cardiac Myocytes” (Miocitos cardíacos), un estudio finalizado en 2018, reveló por primera vez que la microgravedad ayuda a células madre especialmente programadas a transformarse en nuevas células del músculo del corazón.
El experimento llevó células madre congeladas a la EEI, donde los integrantes de la tripulación las descongelaron y las cultivaron antes de regresar las muestras a la Tierra para que se llevara a cabo su análisis y su comparación con lotes de control.
Posteriores estudios aprovecharon el efecto de la microgravedad en el crecimiento y comportamiento celular para desarrollar herramientas de investigaciones futuras. Para modelar enfermedades, además de poner a prueba posibles tratamientos para las lesiones cardíacas. “MVP Cell-03” examinó la producción de microgravedad de células del corazón partiendo de células madre pluripotentes inducidas por humanos, hiPSC en inglés.
Debido a este aumento de la producción, ahora es posible el uso de células cultivadas que sirven para ayudar a tratar las anomalías cardíacas inducidas por los vuelos espaciales. Y también para ayudar a reponer las células cardíacas dañadas o perdidas a causa de enfermedades en la Tierra. Ya que los tejidos del corazón humano dañados no pueden repararse por sí mismos, y la pérdida de células cardíacas contribuye a una eventual insuficiencia cardíaca.
Aumentar la producción de células cardíacas para salvar más vidas
Chunhui Xu, investigadora principal de “MVP Cell-03” de la Facultad de Medicina y Salud Infantil de la Universidad de Emory en Atlanta (EEUU). Señaló que, si se quiere usar estas células en aplicaciones clínicas, se tiene que ser capaz de generar muchas de ellas de forma eficiente. Y que, por ejemplo, la terapia de reemplazo cardíaco requiere al menos mil millones de cardiomiocitos para un solo paciente, agregó Xu.
Por otro lado, el estudio además mostró que las células cultivadas en la EEI tienen una estructura y función apropiadas. Lo que quiere decir que pueden ser utilizadas para poner a prueba la seguridad de los fármacos. Al respecto Xu dijo que, en estos momentos se pueden realizar pruebas en una placa de laboratorio para conocer si un fármaco tiene efectos contraproducentes.
Este estudio puede incluso utilizar las propias células sanguíneas de una persona para producir células hiPCS y, al mismo tiempo, células cardíacas que pueden ser usadas para determinar cómo podría reaccionar el paciente a un medicamento determinado.
Xu también dijo que, a parte de producir mayor cantidad de células, el otro desafío consiste en poder producir células de buena calidad. Y que lo que tienen ahora mismo en su placa son células inmaduras. No se comportan de la manera en que se comportan las células cardíacas de verdad, sino que son más similares a las células cardíacas embrionarias. Además dijo Xu que, trasplantar estas células podría significar un mayor riesgo para el individuo.
Actualmente “Proyect Eagle” está analizando si la microgravedad podría ser un enfoque eficaz para impulsar las células a que lleguen a etapas más maduras.
El corazón y la crioconservación en el espacio
El laboratorio de Xu además puso a prueba el uso de la crioconservación. Se trata de un proceso de almacenamiento de células a -80 °C, como una alternativa al transporte de cultivos de células vivas a la EEI.
El equipo de Xu pudo determinar que la crioconservación no parece afectar de manera negativa a las células. Y descubrió que hasta las protege de los efectos del exceso de gravedad experimentado en el lanzamiento. Esta práctica facilita la planificación de futuros estudios, debido a que los experimentos no tienen que empezar tan pronto como las células llegan a la EEI.
El Laboratorio Nacional de la EEI también colaboró para el desarrollo de otros dos estudios relacionados con el corazón, dichas investigaciones fueron llevadas a cabo por los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El “Cardinal Heart”, una investigación en la EEI realizado en el año 2021, que empleó tejidos cardíacos modificados para confirmar que la exposición a la microgravedad provoca cambios importantes en la función de las células cardíacas y en la expresión génica que podrían causar daños.
Y el “Cardinal Heart 2.0”, que fue programado para ser lanzado a la estación espacial para marzo próximo, este estudio llevará al “Cardinal Heart” al siguiente paso. Esta investigación emplea un organoide cardíaco palpitante que contiene cardiomiocitos provenientes de células madre, células endoteliales y fibroblastos cardíacos, para evaluar si determinados fármacos pueden reducir o prevenir los cambios inducidos por la microgravedad.
La utilización de chips de tejido para probar nuevos fármacos podría ayudar a minimizar la necesidad de llevar a cabo los estudios en animales. Los cuales son necesarios antes de las pruebas clínicas en seres humanos, lo que potencialmente acortaría el lapso entre el descubrimiento de un posible medicamento y su uso clínico.
Los tejidos cardíacos modificados
“Engineered Heart Tissues” o Tejidos cardíacos modificados. Se trata de una carga útil de BioServe que fue lanzada a la Estación Espacial Internacional en el año 2019.
Estos tejidos cardíacos modificados detectaron cambios a nivel celular y tisular que podrían brindar una indicación temprana para el tratamiento de enfermedades cardíacas.
El “Engineered Heart Tissues-2”, cuyo lanzamiento está programado para finales de 2023, usa cultivos en 3D de tejido muscular cardíaco para poner a prueba terapias encaminadas a la prevención de estos cambios.
El estudio del corazón en la Estación Espacial Internacional viene produciendo progresos significativos dirigidos hacia la mejora de la salud de los astronautas y de los habitantes de la Tierra. Y eso vale la pena celebrarlo, este mes del amor y la amistad y todo el resto del año.