Defined engineered human myocardium with advanced maturation for applications in heart failure modeling and repair

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Malte Tiburcy - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • James E. Hudson - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK), University of Queensland (Autor:in)
  • Paul Balfanz - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Susanne Schlick - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Tim Meyer - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Mei Ling Chang Liao - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Elif Levent - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Farah Raad - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Sebastian Zeidler - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)
  • Edgar Wingender - , Georg-August-Universität Göttingen (Autor:in)
  • Johannes Riegler - , Stanford University (Autor:in)
  • Mouer Wang - , Stanford University (Autor:in)
  • Joseph D. Gold - , Stanford University (Autor:in)
  • Izhak Kehat - , Technion-Israel Institute of Technology (Autor:in)
  • Erich Wettwer - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK), Institut für Pharmakologie und Toxikologie (Autor:in)
  • Ursula Ravens - , Institut für Pharmakologie und Toxikologie (Autor:in)
  • Pieterjan Dierickx - , Utrecht University (Autor:in)
  • Linda W. Van Laake - , Utrecht University (Autor:in)
  • Marie Jose Goumans - , Leiden University (Autor:in)
  • Sara Khadjeh - , Georg-August-Universität Göttingen (Autor:in)
  • Karl Toischer - , Georg-August-Universität Göttingen (Autor:in)
  • Gerd Hasenfuss - , Georg-August-Universität Göttingen (Autor:in)
  • Larry A. Couture - , University of Antwerp (Autor:in)
  • Andreas Unger - , Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Wolfgang A. Linke - , Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK), Georg-August-Universität Göttingen, Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Toshiyuki Araki - , New York University (Autor:in)
  • Benjamin Neel - , New York University (Autor:in)
  • Gordon Keller - , University of Toronto (Autor:in)
  • Lior Gepstein - , Technion-Israel Institute of Technology (Autor:in)
  • Joseph C. Wu - , Stanford University (Autor:in)
  • Wolfram Hubertus Zimmermann - , Georg-August-Universität Göttingen, Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK) (Autor:in)

Abstract

Background: Advancing structural and functional maturation of stem cell-derived cardiomyocytes remains a key challenge for applications in disease modeling, drug screening, and heart repair. Here, we sought to advance cardiomyocyte maturation in engineered human myocardium (EHM) toward an adult phenotype under defined conditions. Methods: We systematically investigated cell composition, matrix, and media conditions to generate EHM from embryonic and induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes and fibroblasts with organotypic functionality under serum-free conditions. We used morphological, functional, and transcriptome analyses to benchmark maturation of EHM. Results: EHM demonstrated important structural and functional properties of postnatal myocardium, including: (1) rod-shaped cardiomyocytes with M bands assembled as a functional syncytium; (2) systolic twitch forces at a similar level as observed in bona fide postnatal myocardium; (3) a positive force-frequency response; (4) inotropic responses to β-adrenergic stimulation mediated via canonical β 1 - and β 2 -adrenoceptor signaling pathways; and (5) evidence for advanced molecular maturation by transcriptome profiling. EHM responded to chronic catecholamine toxicity with contractile dysfunction, cardiomyocyte hypertrophy, cardiomyocyte death, and N-terminal pro B-type natriuretic peptide release; all are classical hallmarks of heart failure. In addition, we demonstrate the scalability of EHM according to anticipated clinical demands for cardiac repair. Conclusions: We provide proof-of-concept for a universally applicable technology for the engineering of macroscale human myocardium for disease modeling and heart repair from embryonic and induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes under defined, serum-free conditions.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)1832-1847
Seitenumfang16
FachzeitschriftCirculation
Jahrgang135
Ausgabenummer19
PublikationsstatusVeröffentlicht - 9 Mai 2017
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 28167635

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • heart failure, models, cardiovascular, regeneration, stem cells, tissue engineering