Mini coração humano criado em laboratório abre caminho para novos tratamentos de fibrilação atrial

Pesquisadores da Michigan State University (MSU) criaram um mini coração humano capaz de reproduzir fielmente a fibrilação atrial, um tipo de arritmia que atinge cerca de 60 milhões de pessoas no mundo e há três décadas carece de novas abordagens terapêuticas.

Mini coração humano replica fibrilação atrial em laboratório

O modelo tridimensional, desenvolvido no Institute for Quantitative Health Science and Engineering da MSU, possui dimensões equivalentes às de uma lentilha, mas contém câmaras, vasos sanguíneos e células especializadas que imitam as estruturas de um coração real. Esses organoides batem de forma rítmica e suficientemente forte para serem vistos a olho nu, característica fundamental para estudos de arritmia.

A principal inovação está na capacidade de provocar nos organoides um padrão de batimento irregular típico da fibrilação atrial. Essa façanha foi alcançada ao adicionar células imunológicas conhecidas como macrófagos, que estão naturalmente presentes durante o desenvolvimento cardíaco humano. Quando moléculas inflamatórias foram introduzidas, o ritmo tornou-se irregular, oferecendo aos cientistas um modelo vivo para investigar causas e consequências da doença.

Como o mini coração humano é produzido a partir de células-tronco

A base do organoide é um conjunto de células-tronco humanas doadas. Por serem pluripotentes, essas células têm potencial para se diferenciar em diversos tipos, incluindo cardiomiócitos, células endoteliais e fibroblastos. O processo envolve o cultivo em matriz tridimensional, onde sinais bioquímicos direcionam o desenvolvimento de tecidos cardíacos. Esse protocolo vem sendo refinado desde 2020 pelo pesquisador Aitor Aguirre, professor associado de engenharia biomédica da MSU.

Dentro do biorreator, as células-tronco passam por estágios que imitam a embriogênese, formando microcâmaras e uma rede vascular que inclui artérias, veias e capilares. A inclusão de macrófagos amplia a precisão fisiológica, pois essas células participam da formação de tecidos e do ritmo cardíaco. Ao final, surge o mini coração humano funcional, que bate espontaneamente, responde a estímulos elétricos e exibe propriedades mecânicas comparáveis às de tecido cardíaco neonatal.

Inflamação induzida reproduz batimentos irregulares

O passo decisivo para estudar fibrilação atrial consistiu em provocar inflamação controlada no organoide. A equipe expôs o modelo a citocinas que normalmente circulam em quadros inflamatórios sistêmicos. A reação resultou em impulsos elétricos descoordenados, refletindo o comportamento observado em pacientes com A-fib.

Para testar aplicações farmacológicas, os cientistas aplicaram um medicamento anti-inflamatório. O ritmo cardíaco retornou parcialmente ao padrão normal, demonstrando o potencial do modelo para triagem de fármacos. Além disso, foi desenvolvido um protocolo de “envelhecimento” por exposição prolongada a baixo nível inflamatório, aproximando o organoide de condições de um coração adulto, onde a fibrilação atrial costuma surgir com maior frequência.

Aplicações do mini coração humano no desenvolvimento de tratamentos

Atualmente, terapias para fibrilação atrial concentram-se no alívio de sintomas, como controle da frequência cardíaca e prevenção de trombos. A ausência de modelos animais que repliquem integralmente a fisiologia humana dificulta a criação de medicamentos que atuem no mecanismo subjacente. O mini coração humano supera essa barreira ao oferecer tecido realista, viável para estudos prolongados e passível de manipulação genética ou química.

Com o novo modelo, companhias farmacêuticas podem avaliar milhares de compostos em ambiente controlado, identificando candidatos que corrijam o ritmo sem causar danos cardíacos. A expectativa da equipe da MSU é acelerar a chegada de fármacos seguros e reduzir custos, uma vez que testes pré-clínicos poderão dispensar etapas em animais de baixa relevância fisiológica.

Além da triagem de drogas, o organoide fornece dados sobre o papel do sistema imunológico nos distúrbios de condução elétrica. O grupo demonstrou que macrófagos residentes, previamente associados apenas ao desenvolvimento embrionário, continuam influenciando o ritmo no coração maduro. Essa descoberta ilumina a origem de defeitos congênitos e sugere alvos terapêuticos adicionais.

Parcerias e próximos passos da pesquisa

A tecnologia integra-se às New Approach Methodologies, iniciativa do National Institutes of Health voltada à modernização da pesquisa translacional. A equipe da MSU já colabora com empresas farmacêuticas e de biotecnologia para testar moléculas em desenvolvimento, garantindo que não provoquem cardiotoxicidade enquanto combatem arritmias.

Entre as metas futuras está a personalização: os pesquisadores pretendem produzir organoides a partir de células de cada paciente, permitindo medicina de precisão e identificando o tratamento ideal para perfis genéticos distintos. Outra linha de investigação busca gerar tecidos cardíacos em escala adequada para transplante, oferecendo alternativa às longas filas de doação.

O grupo da MSU, que inclui cientistas das áreas de engenharia biomédica, medicina osteopática e óptica aplicada, mantém um cronograma contínuo de estudos. Novos resultados relacionados a terapias anti-inflamatórias e ao envelhecimento acelerado do tecido deverão ser divulgados em periódicos especializados nos próximos meses.

A publicação mais recente, contendo a descrição completa do protocolo, está disponível na revista Cell Stem Cell, onde detalha-se também a colaboração com instituições parceiras, como Corewell Health e Washington University.