RESUMO
Malfunction of nodal pacemaker (Pm) cardiomyocytes (CMs) due to diseases or aging leads to rhythm generation disorders, necessitating electronic Pm implantation. We functionally reprogrammed human pluripotent stem cell (hPSC) derived-ventricular (V) CMs into -PmCMs via recombinant adeno-associated virus serotype 9 (rAAV9)-mediated overexpression of engineered HCN1 channel (HCN1ΔΔΔ) whose S3-S4 linker has been strategically deleted by design to promote cardiac pacemaking. rAAV9-HCN1ΔΔΔ-reprogrammed hPSC-PmCMs converted from -VCMs showed automaticity and action potential parameters typical of native nodal PmCMs. Implantation of rAAV9-HCN1ΔΔΔ-based BPm in a preclinical porcine model of complete heart block significantly reduced the dependence on device-supported pacing and generated spontaneous heart rhythms from the BPm. Collectively, these results have further laid the groundwork on BPm for future translation.
Assuntos
Dependovirus/metabolismo , Bloqueio Cardíaco/terapia , Ventrículos do Coração/metabolismo , Canais Disparados por Nucleotídeos Cíclicos Ativados por Hiperpolarização/metabolismo , Miócitos Cardíacos/metabolismo , Células-Tronco Pluripotentes/metabolismo , Canais de Potássio/metabolismo , Potenciais de Ação/fisiologia , Animais , Diferenciação Celular , Reprogramação Celular , Dependovirus/genética , Modelos Animais de Doenças , Expressão Gênica , Genes Reporter , Vetores Genéticos/química , Vetores Genéticos/metabolismo , Proteínas de Fluorescência Verde/genética , Proteínas de Fluorescência Verde/metabolismo , Bloqueio Cardíaco/genética , Bloqueio Cardíaco/metabolismo , Bloqueio Cardíaco/fisiopatologia , Frequência Cardíaca/fisiologia , Ventrículos do Coração/patologia , Ventrículos do Coração/fisiopatologia , Células-Tronco Embrionárias Humanas/citologia , Células-Tronco Embrionárias Humanas/metabolismo , Humanos , Canais Disparados por Nucleotídeos Cíclicos Ativados por Hiperpolarização/genética , Miócitos Cardíacos/citologia , Marca-Passo Artificial , Células-Tronco Pluripotentes/citologia , Canais de Potássio/genética , SuínosRESUMO
Electronic pacemakers have been used in patients with heart rhythm disorders for device-supported pacing. While effective, there are such shortcomings as limited battery life, permanent implantation of catheters, the lack of autonomic neurohumoral responses, and risks of lead dislodging. Here we describe protocols for establishing porcine models of sick sinus syndrome and complete heart block, and the generation of bioartificial pacemaker by delivering a strategically engineered form of hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated pacemaker channel protein via somatic gene transfer to convert atrial or ventricular muscle cardiomyocytes into nodal-like cells that rhythmically fire action potentials.