GENERAZIONE IN VITRO DI ORGANOIDI CARDIACI MURINI FUNZIONALI IN PRESENZA DI FGF4 E COMPONENTI DELLA MATRICE EXTRACELLULARE

Our understanding of the spatiotemporal regulation of cardiogenesis is hindered by the difficulties in modeling this complex organ currently by in vitro models. Here we develop a method to generate heart organoids from mouse embryonic stem cell-derived embryoid bodies. Consecutive morphological changes proceed in a self-organizing manner in the presence of the laminin-entactin (LN/ET) complex and fibroblast growth factor 4 (FGF4), and the resulting in vitro heart organoid possesses atrium- and ventricle-like parts containing cardiac muscle, conducting tissues, smooth muscle and endothelial cells that exhibited myocardial contraction and action potentials. The heart organoids exhibit ultrastructural, histochemical and gene expression characteristics of considerable similarity to those of developmental hearts in vivo. Our results demonstrate that this method not only provides a biomimetic model of the developing heart-like structure with simplified differentiation protocol, but also represents a promising research tool with a broad range of applications, including drug testing.

La nostra comprensione della regolazione spazio-temporale della cardiogenesi è ostacolata dalle difficoltà nel modellare questo organo complesso attualmente mediante modelli in vitro. Qui sviluppiamo un metodo per generare organoidi cardiaci da corpi embrioidi derivati da cellule staminali embrionali di murino. I cambiamenti morfologici consecutivi procedono in modo auto-organizzante in presenza del complesso laminina-entactina (LN/ET) e del fattore di crescita dei fibroblasti 4 (FGF4), e il risultante organoide cardiaco in vitro possiede parti simili ad atrio e ventricolo contenenti parti cardiache muscoli, tessuti conduttori, muscoli lisci e cellule endoteliali che mostravano contrazione miocardica e potenziali d'azione. Gli organoidi cardiaci mostrano caratteristiche ultrastrutturali, istochimiche ed espressione genica di notevole somiglianza con quelle dei cuori in fase di sviluppo in vivo. I nostri risultati dimostrano che questo metodo non solo fornisce un modello biomimetico della struttura simil-cuore in via di sviluppo con un protocollo di differenziazione semplificato, ma rappresenta anche un promettente strumento di ricerca con un'ampia gamma di applicazioni, compresi i test antidroga.