Human cardiac tissue engineering: from pluripotent stem cells to heart repair

Abstract

Engineered cardiac tissues hold great promise for use in drug and toxicology screening, in vitro studies of human physiology and disease, and as transplantable tissue grafts for myocardial repair. In this review, we discuss recent progress in cell-based therapy and functional tissue engineering using pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes and we describe methods for delivery of cells into the injured heart. While significant hurdles remain, notable advances have been made in the methods to derive large numbers of pure human cardiomyocytes, mature their phenotype, and produce and implant functional cardiac tissues, bringing the field a step closer to widespread in vitro and in vivo applications.

Maturing human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes in human engineered cardiac tissues

“…Additionally, the expression of contractile and cytoskeletal genes is much lower in hPSC-CMs as compared with fetal or adult CMs [95, 172]. Taken together, it is not surprising that the contractile force generated by hPSC-CMs is significantly lower than in adult cardiac tissue [47, 173]. …”

Stem cell therapy for heart failure: Ensuring regenerative proficiency

“…Within a diverse and evolving regenerative toolkit, that includes standalone or combination techniques relaying on cells/tissues/biomaterials and/or molecules, stem cells and derivatives are the most commonly tested active ingredient [21–23]. Use of stem cells to buttress the regenerative fortitude of ailing hearts leverages a presumed capacity to recreate tissue and/or promote repair, and represents 25% of all clinical development efforts in cell-based therapies [24].…”

Thérapies cellulaires des cardiopathies

“…Les biomaté-riaux « habillent » les cellules ; ils peuvent les protéger contre les effets de flux à l'injection ; ils augmentent la survie et la rétention précoce en fonction de leurs paramètres physico-chimiques ; ils peuvent mimer un environnement 3D à type de niche, et certains peuvent être fonctionnalisés par des facteurs de croissance ; ils peuvent renforcer la structure même des parois ou du myocarde en fonction de leurs propriétés physiques. Les différents types de biomatériaux sont les polymères naturels, les polymères synthétiques, les tissus décel-lularisés, voire les feuillets cellulaires (simples ou multiples) où les cellules se soutiennent mutuellement et se complètent fonctionnellement (Jackman, 2015). Les biomatériaux présentent différentes caractéristiques sur lesquelles il est possible de jouer selon la néces-sité biologique, ou l'utilisation envisagée : structure (porosité ; géométrie du réseau ; fonctionnalisation ; plan des réactifs et des installations.…”

“…L'utilisation de biomatériaux pourrait dégradation) ; élasticité ; capacité d'induction angiogénique ou cardiogénique ; état physique (liquide, visqueux, semi-solide…). Plusieurs équipes expérimentent l'application sur les zones pathologiques cibles des feuilles de cellules, ou de matrices cellularisées biodégradables à base d'alginates, de Matrigel, de fibrine, de polysaccharides, de gélatine, de collagène, dans différentes espèces animales (Souris, Rat, Cochon d'Inde, Mouton, Macaque) [29]. Certaines matrices favorisent la survie cellulaire et promeuvent l'angiogénèse locale, et dans des modèles post-ischémiques, ces greffons améliorent la fonction cardiaque [30,31].…”