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Effect of desmin mutation on structural defects and contraction kinetics of synthetic heart tissues - 21/05/25

Doi : 10.1016/j.acvd.2025.03.083 
Martin Flament 1, , Yeranuhi Hovhannisyan 2, Gabriel Friob 1, Denisa Calin 3, Onnik Agbulut 4, Hélène Delanoë-Ayari 5, Pierre Joanne 1
1 Institute of Biology Paris-Seine (IBPS), Sorbonne Université, CNRS UMR 8263, INSERM ERL U1345, Paris, France 
2 UMR CNRS 6015, INSERM U1083, National Center for Neurodegenerative and Mitochondrial diseases, Angers, France 
3 Institute of Biology Paris-Seine (IBPS), Sorbonne Université, CNRS UMR 8256, INSERM ERL U1164, Paris, France 
4 Institut de Biologie Paris-Seine (IBPS), UMR CNRS 8263, INSERM U1345, Sorbonne Université, Paris, France 
5 Biophysics Team, Institut Lumière Matière (ILM), CNRS UMR 5306 - UCBL, Villeurbanne, France 

Corresponding author.

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Résumé

Introduction

Dilated cardiomyopathies are genetic diseases characterized by defects in the mechanical and electrical activity of the heart tissue. Some of these cardiomyopathies are caused by a mutation in the DES gene, which encodes desmin, a crucial intermediate filament for the maintenance of the structure of muscle cells. Many cell-based studies have shown how desmin mutations can affect the contractility of cardiomyocytes, but little is still known about the role of desmin in controlling the organization, mechanical and electrical functionality of the heart tissue.

Objective

In this study we want to evaluate the effect of mutations of desmin on the contractility of cardiac micro-tissues.

Method

After derivation of cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cell (hiPSC-CMs) from hiPSCs using a cardiac differentiation protocol, a 3D co-culture model called a “spheroid” was established by self-aggregation of different cardiac cell types. A custom Matlab framework is being developed to analyze movies of spheroid contractions using a Kanade–Lucas–Tomasi (KLT) feature tracker. Ten strains of spheroids, both with and without mutations in the DES gene will be compared by analyzing their contraction kinetics and their deformation during the contractions.

Results

The framework detects ROIs (regions of interest) and measures their displacement during the movies. It can then use the frequency decomposition of the displacement signals to filter out the ROIs for which a movement is not detected. This filtering greatly improves the detection of the spheroid contractions and measurement of the contraction parameters. The automaticanalysis of spheroid contraction films allows for a high-throughput measurement of contraction parameters, which can be used to train machine-learning models. These show that some mutations of desmin tend to decrease the speed at which the spheroids contract. The analysis of the ROI beatings reveals structural defects in the spheroids.

Conclusion

The analytical framework presented here highlights the contributions of different regions of the spheroid to the contraction of the whole tissue. Analysis are being run on different cardiomyocyte strains to assess the effect of desmin mutations on the beatings of the cardiomyocytes.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 118 - N° 6-7S1

P. S212 - juin 2025 Retour au numéro
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