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Pacientes con crecimiento intrauterino retardado (CIR) presentan variaciones anatómicas y electrofisiológicas en el corazón y su relación todavía no se conoce. Este estudio investiga mediante simulación computacional el impacto del aumento del índice de esfericidad ventricular y se valida con el cambio en los vectores de la despolarización y repolarización, en una cohorte de pacientes y sujetos control.

La edad es un factor de riesgo arrítmico que, en especies animales, está asociado a la remodelación del colágeno. En este trabajo caracterizamos la dinámica tisular del colágeno asociada a la edad en el ventrículo izquierdo humano y utilizamos estos resultados para simular su efecto sobre la generación de arritmias ventriculares.

Los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC-CMs) que se cultivan en matrices bioimpresas han mostrado resultados prometedores en el campo de la medicina regenerativa. El trasplante de estos cultivos en áreas dañadas del ventrículo puede contribuir a restaurar la función cardíaca. Sin embargo, la arritmicidad latente debida a la reducción en la propagación del frente de onda eléctrico del complejo hiPSC-CMs-matriz requiere una caracterización más profunda. El objetivo de este trabajo es investigar el impacto de la arquitectura de la matriz en el tiempo de activación (TA) del tejido a través del uso de métodos computacionales. Modelos electrofisiológicos in silico de hiPSC-CM en combinación con el método de elementos finitos y el modelo monodominio se emplearon para simular la actividad eléctrica en complejos de hiPSC-CMs-matriz. Se ajustaron la alineación de las fibras y el acoplamiento intercelular para obtener mapas de TA simulados similares a sus pares experimentales. Además, se evaluaron matrices con poros rectangulares, auxéticos y hexagonales alargados, con el fin de determinar la estructura más biomimética en términos de anisotropía tisular y velocidad de propagación del potencial de acción. Los cultivos con poros hexagonales alargados en 60 grados alcanzaron una activación más fisiológica que las arquitecturas restantes. Esto es debido a la mayor alineación en paralelo a la dirección de propagación de las células en esta estructura. Por lo tanto, los hexágonos alargados minimizarían el riesgo de generar alteraciones proarrítmicas significativas de este procedimiento.

En este estudio se utiliza la simulación computacional para evaluar los efectos individuales y combinados del bloqueo de los canales iónicos SK y de la estimulación β-adrenérgica para contrarrestar los efectos proarrítmicos inducidos por la estimulación colinérgica en la electrofisiología auricular humana, tanto a nivel celular como tisular.

The ability to predict patient-specific soft tissue deformations is key for computer-integrated surgery systems and the core enabling technology for a new era of personalized medicine. Element-Free Galerkin (EFG) methods are better suited for solving soft tissue deformation problems than the finite element method (FEM) due to their capability of handling large deformation while also eliminating the necessity of creating a complex predefined mesh. Nevertheless, meshless methods based on EFG formulation, exhibit three major limitations: i) meshless shape functions using higher order basis cannot always be computed for arbitrarily distributed nodes (irregular node placement is crucial for facilitating automated discretization of complex geometries); ii) imposition of the Essential Boundary Conditions (EBC) is not straightforward; and, iii) numerical (Gauss) integration in space is not exact as meshless shape functions are not polynomial. This paper presents a suite of Meshless Total Lagrangian Explicit Dynamics (MTLED) algorithms incorporating a Modified Moving Least Squares (MMLS) method for interpolating scattered data both for visualization and for numerical computations of soft tissue deformation, a novel way of imposing EBC for explicit time integration, and an adaptive numerical integration procedure within the Meshless Total Lagrangian Explicit Dynamics algorithm. The appropriateness and effectiveness of the proposed methods is demonstrated using comparisons with the established non-linear procedures from commercial finite element software ABAQUS and experiments with very large deformations. To demonstrate the translational benefits of MTLED we also present a realistic brain-shift computation., Comment: Accepted for publication in Medical Image Analysis