In vitro human skeletal muscle platforms for the evaluation of functional outcomes

Resumen

Por años, los cultivos 2D y los modelos animales se han usado para entender la fisiopatología del músculo y para el desarrollo de nuevos tratamientos para las enfermedades musculares. Sin embargo, a pesar de los grandes avances hechos en estos modelos, una comparación con el musculo humano nativo sugiere que aún quedan grandes retos para obtener un modelo totalmente representativo o fiable. Por otra parte, la caracterización de estos modelos in vitro se ha centrado en el análisis de marcadores miogénicos, la determinación del índice de fusión o la presencia del patrón de estriación, entre otros. Aunque esta información es importante para entender el estado del tejido muscular, funcionalidades como contractilidad y calcio proporcionan más información fisiológica sobre el grado de maduración y funcionalidad del tejido. Por lo tanto, en esta tesis, primero se realizó una revisión bibliográfica de las diversas plataformas que se usan para la medición de la Fuerza contráctil (FC) en modelos in vitro de músculo esquelético. Se identificó la deflexión de viga, la deflexión de postes y los transductores de fuerza, como las metodologías más usadas para la evaluación de la FC. De este análisis, es evidente la necesidad que existe de normalizar los valores de FC para ser comparables entre estudios y de la identificación de parámetros claves como el Tetanic-to-twitch ratio que brinda información única acerca de FC. En segundo lugar, se presenta el desarrollo de plataformas in vitro 2D y 3D de músculo esquelético que favorecen la organización muscular y la evaluación de su funcionalidad. Para los modelos 2D, se desarrolló una plataforma que permite la generación de miotubos individuales y aislados basados en un patrón de microranuras (µGrooves). Los miotubos dentro de los µGrooves respondieron a la estimulación eléctrica y presentaron contracciones espontaneas. El uso de esta plataforma mejoró el comportamiento contráctil de estos miotubos vs los que crecen en condiciones estándar sin ninguna guía mecánica (controles). Finalmente, para los modelos 3D se testaron dos tipos de hidrogeles (fibrina y colágeno) para optimizar la formación de músculos bio-artificiales (BAMs) con células inmortalizadas humanas. Posteriormente, se propone el uso de una plataforma con potencial “high throughput” que favorezca la formación de miniBAMs como una nueva alternativa para los cultivos 3D.