Verbesserung von All-in-One-Bioreaktoren durch Kombination von interstitieller Perfusion, elektrischer Stimulation, Online-Überwachung und Tests innerhalb einer einzigen Kammer für kardiale Konstrukte

Strategien der Gewebeengineering wurden umfassend genutzt, um funktionale Herzpatches zu erzeugen. Um die kardiale Funktionalität in vitro aufrechtzuerhalten, wurden Bioreaktoren entwickelt, die Perfusion und elektrische Stimulation entweder allein oder kombiniert bereitstellen. Aufgrund mehrerer designtechnischer Einschränkungen fehlt jedoch die Integration optischer Systeme zur Bewertung des Herzreifungsgrades in diesen Plattformen. Hier präsentieren wir eine Bioreaktorkulturkammer, die 3D-kardiale Konstrukte mit bidirektionaler interstitieller Perfusion und biomimetischer elektrischer Stimulation versorgt, was eine direkte zelluläre optische Überwachung und Kontraktilitätstests ermöglicht. Das Kammerdesign wurde durch Finite-Elemente-Modelle optimiert, um ein innovatives Gerüstankersystem unterzubringen, das es ermöglicht, die Konstrukte zu halten und freizugeben, um die Gewebereifung und -funktionalität durch Kontraktilitätstests zu bewerten. Neonatale Rattenherzfibroblasten, die einer kombinierten Perfusion und elektrischen Stimulation unterzogen wurden, zeigten über die Zeit positive Zellviabilität. Neonatale Rattenkardiomyocyten wurden während des gesamten Kulturzeitraums erfolgreich überwacht, um ihre Funktionalität zu bewerten. Die Kombination aus Perfusion und elektrischer Stimulation verbesserte die Reifung des Patchs, wie die höhere Kontraktilität, die verbesserten Schlagfrequenzeigenschaften und den erhöhten Grad der kardialen Proteinausdrücke belegen. Dieser neue multifunktionale Bioreaktor bietet eine relevante biomimetische Umgebung, die es ermöglicht, bis zu 18 separate Patches unabhängig zu kultivieren, in Echtzeit zu überwachen und zu testen.