À notre connaissance, il s’agit du premier article qui présente une méthode pour produire de manière fiable des LMS auriculaires humains et les cultiver pendant 1 à 2 semaines dans un état quasi physiologique à l’aide d’un système biomimétique. Ce modèle présente une représentativité in vivo élevée, en raison de l’utilisation d’échantillons humains qui conservent une architecture 3D avec des interconnexions cellulaires intactes et une communication cellule-cellule. De plus, les LMS de patients atteints d’arythmie permettent d’étudier directement l’effet des arythmies auriculaires, y compris la FA, sur le remodelage structurel et électrique dans une boîte de Pétri2.
À ce jour, la production de LMS de biopsies auriculaires était limitée en raison du fait que sa production à partir de la paroi auriculaire mince est techniquement difficile et que les LMS auriculaires ont tendance à se rompre plus facilement. Des ajustements au protocole LMS ventriculaire étaient nécessaires afin de produire un LMS auriculaire intact. La vitesse d’avance du vibratome a été réduite et l’amplitude de vibration augmentée (0,02 mm/s, 2,0 mm), par rapport aux paramètres présentés pour les coupes ventriculaires (0,07 mm/s, 1,3 mm)3. Ces paramètres ajustés pour l’échantillon auriculaire ont donné 68 LMS auriculaires viables.
Une stimulation CL de 1000 ms a été choisie pour la culture, par rapport à Fischer et al. qui a maintenu un CL de 2000 ms pour la culture de LMS ventriculaire3. Cette approche alternative pourrait s’expliquer par des différences dans les potentiels d’action cardiaque des cardiomyocytes auriculaires et ventriculaires. Les potentiels d’action des cardiomyocytes auriculaires affichent une phase 2 plus courte, entraînant une diminution des courants de calcium entrants12,13. Par la suite, cela entraîne également une diminution de la libération de calcium induite par le calcium (CICR) par le réticulum sarcoplasmique, qui est essentiel à la contraction cardiaque. Lorsque la fréquence de stimulation augmente, plus de calcium s’accumule dans les cardiomyocytes, car les canaux calciques sortants ne peuvent pas faire face à la quantité accrue d’ions calcium entrant dans la cellule par minute, ce qui entraîne une amélioration de la tension myocardique, également connue sous le nom d’effet Bowditch.14.
Afin d’éviter la décoloration des contractions au fil du temps, nous avons observé que le LMS auriculaire avait besoin d’une stimulation avec de l’isoprénaline. La stimulation des récepteurs β-adrénergiques avec l’isoprénaline entraîne la production d’AMPc, entraînant indirectement des concentrations de calcium intracellulaire plus élevées15. La nécessité de cette stimulation inotrope du LMS auriculaire, pourrait à nouveau s’expliquer par la phase 2 plus courte du potentiel d’action cardiaque auriculaire, ou par le myocarde auriculaire générant moins de tension active en général16en raison de myocytes auriculaires exprimant une forme différente de chaînes légères de myosine (MLC)17.
L’histologie du LMS a montré une orientation claire des fibres unidirectionnelles, indiquant une bonne manipulation du vibratome pendant la production du LMS et la préservation de l’orientation native des fibres préférées des cardiomyocytes in vivo. Des noyaux de fibroblastes cardiaques ont été observés entre les cardiomyocytes, démontrant une co-culture de plusieurs types de cellules dans le LMS, conformément aux travaux sur le LMS ventriculaire18,19. La quantité de fibrose n’a pas semblé augmenter pendant la culture, suggérant des conditions de culture quasi physiologiques sans lésion cardiaque excessive. Pourtant, aucune analyse quantitative sur la quantité de fibrose n’a été réalisée.
Après validation de la méthode pour produire et cultiver le LMS auriculaire pour les 8 premiers patients, une stimulation décrémentale pour déterminer la période réfractaire a été appliquée au LMS des 6 patients suivants. La période réfractaire a été déterminée à 192 ± 26 ms, ce qui correspond à la période réfractaire auriculaire in vivo20. Les LMS des patients atteints de FA ont montré une plus grande variabilité inter-tranches au sein des mêmes biopsies, par rapport aux patients sans FA. Cette observation suggère un degré plus élevé de dispersion intramurale dans le caractère réfractaire de la paroi auriculaire chez les patients atteints de FA. La dispersion de la réfractaire est un mécanisme accepté des tachyarythmies cardiaques, mais n’a jusqu’à présent été étudié que dans le cœur humain intact sur l’endo- ou l’épicarde.21. Pourtant, les LMS permettent d’étudier diverses couches intramurales et pas seulement l’endo- ou l’épicarde22. Comme la taille de l’échantillon du LMS était trop petite, nous n’avons pas pris en compte la variabilité transmurale et d’autres études sont nécessaires pour étudier ces premières observations.
Tachypacing chronique avec 333 ms CL a été appliqué comme modèle d’AT. La tachypacing pour imiter les arythmies auriculaires a déjà été établie dans divers autres modèles cellulaires et animaux23 et LMS déchargé8,9,dix. Nous avons observé une force de contraction médiane plus faible dans le LMS pendant la tachypacing. Cela se produit également lors d’épisodes d’arythmie tels que la FA chez l’homme.24, suggérant ainsi que notre tachypacing de LMS reflète le remodelage contractile observé in vivo. Ceci est conforme aux études précédentes utilisant le LMS auriculaire dans lesquelles la tachypacing a été appliquée comme modèle pour l’AT/AF et a montré des réponses de remodelage associées à l’AF au niveau biochimique et cellulaire8,9.
L’automaticité a été observée dans certains LMS auriculaires, suggérant la présence d’une activité de stimulateur cardiaque dans les cardiomyocytes de ces tranches, également observée par Kang et al.7. Remarquablement, nous avons également observé cette automaticité dans les LMS produits à partir de biopsies auriculaires gauches, indiquant la présence de cellules de stimulateur cardiaque secondaires ou pathologiques. Cela crée des opportunités pour produire des LMS de sites de stimulateur cardiaque ectopique des oreillettes, qui jouent un rôle important dans l’initiation et la pathogenèse de la FA et étudier leur comportement structurel et électrique à une micro-échelle7,25.
Dans ce rapport, nous avons décrit une méthode pour cultiver de manière fiable le LMS auriculaire et l’utiliser comme modèle de tachypacing pour les arythmies auriculaires. Pour les recherches futures, la stimulation électrique programmée peut par exemple être effectuée par intermittence pour imiter la FA paroxystique en alternant SR avec des épisodes de FA. Nous pouvons étendre cette plate-forme d’arythmie en ajoutant des mesures électrophysiologiques à l’aide d’un réseau de cartographie de micro-électrodes, pour examiner le couplage excitation-contraction du LMS. Battre des tranches de tissu avec un micro-environnement cellulaire intact fournira alors des paramètres contractiles, électriques, biochimiques et structurels, combinés en une seule plate-forme1. Les LMS auriculaires humains fournissent une plate-forme préclinique réaliste pour le criblage de nouveaux médicaments anti-arythmiques en pipetant simplement des composés dans le milieu de culture. En tant que telle, la technologie a un grand potentiel pour révolutionner le pipeline de développement de médicaments cardiaques, qui est actuellement entravé par les taux d’échec élevés des essais cliniques.
Par conséquent, le LMS auriculaire ouvre la voie à une grande variété d’expériences sur l’arythmie auriculaire, qui étaient auparavant limitées par les limites de la représentativité in vivo des modèles cellulaires et animaux, et donc difficiles à extrapoler à l’homme. Le modèle présenté permet d’appliquer différents protocoles de stimulation électrique programmée pour imiter les arythmies auriculaires telles que la FA, et sert de nouvelle plate-forme de pointe pour la recherche sur l’arythmie. Nous espérons que cela conduira à des percées dans la compréhension des mécanismes de l’arythmie auriculaire et de la FA et à combler le fossé entre les études translationnelles in vitro et in vivo.
