The Role of Tissue Engineering and Biomaterials in Cardiac Regenerative Medicine

In recent years, the development of 3-dimensional engineered heart tissue (EHT) has made large strides forward because of advances in stem cell biology, materials science, prevascularization strategies, and nanotechnology. As a result, the role of tissue engineering in cardiac regenerative medicine has become multifaceted as new applications become feasible. Cardiac tissue engineering has long been established to have the potential to partially or fully restore cardiac function after cardiac injury. However, EHTs may also serve as surrogate human cardiac tissue for drug-related toxicity screening. Cardiotoxicity remains a major cause of drug withdrawal in the pharmaceutical industry. Unsafe drugs reach the market because preclinical evaluation is insufficient to weed out cardiotoxic drugs in all their forms. Bioengineering methods could provide functional and mature human myocardial tissues, ie, physiologically relevant platforms, for screening the cardiotoxic effects of pharmaceutical agents and facilitate the discovery of new therapeutic agents. Finally, advances in induced pluripotent stem cells have made patient-specific EHTs possible, which opens up the possibility of personalized medicine. Herein, we give an overview of the present state of the art in cardiac tissue engineering, the challenges to the field, and future perspectives.

RésuméCes dernières années, l’élaboration de tissus cardiaques issus de l’ingénierie tissulaire (EHT: engineered heart tissue) en 3 dimensions a franchi un grand pas grâce aux avancées de la biologie des cellules souches, de la science des matériaux, des stratégies de la prévascularisation et de la nanotechnologie. Par conséquent, le rôle de l’ingénierie tissulaire en médecine régénérative du cœur devient complexe, alors que les nouvelles applications deviennent réalisables. Il a été établi depuis longtemps que l’ingénierie tissulaire cardiaque a le potentiel de restaurer partiellement ou entièrement la fonction cardiaque après une lésion cardiaque. Toutefois, les EHT peuvent également servir comme substitut de tissu cardiaque humain pour le dépistage des effets toxiques des médicaments. La cardiotoxicité demeure une cause majeure du retrait des médicaments dans l’industrie pharmaceutique. Des médicaments dangereux sont commercialisés puisque l’évaluation préclinique est insuffisante pour éliminer les médicaments cardiotoxiques sous toutes leurs formes. Les méthodes de bio-ingénierie pourraient offrir des tissus myocardiques humains fonctionnels et matures, c’est-à-dire des plateformes physiologiquement pertinentes de dépistage des effets cardiotoxiques des médicaments, et faciliter la découverte de nouveaux agents thérapeutiques. Finalement, les avancées sur les cellules souches pluripotentes induites ont permis l’élaboration de EHT propres au patient, ouvrant ainsi la porte à la médecine personnalisée. Ici, nous donnons un aperçu de l’état actuel de l’art de l’ingénierie tissulaire cardiaque, des défis liés à ce domaine et des perspectives futures.