Matrix architecture and mechanics regulate myofibril organization, costamere assembly, and contractility of engineered myocardial microtissues

收缩性 细胞外基质 肌原纤维 组织工程 基质(化学分析) 生物医学工程 功能(生物学) 材料科学 细胞生物学 化学 生物 工程类 医学 心脏病学 生物化学 复合材料
作者
Samuel J. DePalma,Javiera Jillberto,Austin E. Stis,Darcy D. Huang,Jason Lo,Christopher D. Davidson,Aamilah Chowdhury,Maggie E. Jewett,Hiba Kobeissi,Christopher S. Chen,Emma Lejeune,Adam Helms,David Nordsletten,Brendon M. Baker
标识
DOI:10.1101/2023.10.20.563346
摘要

ABSTRACT The mechanical function of the myocardium is defined by cardiomyocyte contractility and the biomechanics of the extracellular matrix (ECM). Understanding this relationship remains an important unmet challenge due to limitations in existing approaches for engineering myocardial tissue. Here, we established arrays of cardiac microtissues with tunable mechanics and architecture by integrating ECM-mimetic synthetic, fiber matrices and induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), enabling real-time contractility readouts, in-depth structural assessment, and tissue-specific computational modeling. We find that the stiffness and alignment of matrix fibers distinctly affect the structural development and contractile function of pure iPSC-CM tissues. Further examination into the impact of fibrous matrix stiffness enabled by computational models and quantitative immunofluorescence implicates cell-ECM interactions in myofibril assembly and notably costamere assembly, which correlates with improved contractile function of tissues. These results highlight how iPSC-CM tissue models with controllable architecture and mechanics can inform the design of translatable regenerative cardiac therapies.

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