Inima umană începe să se formeze la aproximativ trei săptămâni după concepţie. Acest lucru plasează faza timpurie de dezvoltare a inimii într-o perioadă în care femeile încă nu sunt adesea conştiente de sarcina lor. Acesta ar fi unul dintre motivele pentru care există încă puţine cunoştinţe detaliate despre modul în care se formează inima. Constatările din studiile pe animale nu sunt pe deplin transferabile la oameni. Acum, un organoid dezvoltat la universitatea tehnică din München (TUM) s-ar putea dovedi util pentru cercetători.
Echipa de la TUM a indus celule stem să reproducă dezvoltarea inimii umane. Rezultatul este un fel de „mini-inimă" sau altfel spus, un organoid de inimă. Acesta va permite studierea celei mai timpurii faze de dezvoltare a inimii umane şi va facilita cercetarea în domeniul afecţiunilor cardiace.
Sferă cu 35.000 de celule
Echipa condusă de Alessandra Moretti, profesor de medicină regenerativă în domeniul bolilor cardiovasculare, a dezvoltat o metodă pentru a realiza această „mini-inimă", folosind celule stem pluripotente.
În jur de 35.000 de celule se învârtesc în interiorul unei sfere, într-o centrifugă. Pe o perioadă de câteva săptămâni, diferite molecule de semnalizare sunt adăugate culturii de celule în cadrul unui protocol fix.
„În acest fel, imităm căile de semnalizare din organism care controlează programul de dezvoltare a inimii", explică Alessandra Moretti.
Grupul şi-a publicat cercetările luni, în revista Nature Biotechnology, cu un studiu de însoţire publicat în Nature Communications.
Primele „epicardioide" din istorie
Organoizii rezultaţi au un diametru de aproximativ o jumătate de milimetru. Deşi nu pompează sânge, ei pot fi stimulaţi electric şi sunt capabili să se contracte la fel ca în cazul camerelor inimii umane.
Prof. Moretti şi echipa sa sunt primii cercetători din lume care au reuşit să creeze cu succes un organoid care conţine atât celule ale muşchiului cardiac (cardiomiocite), cât şi celule ale stratului exterior al peretelui cardiac (epicard).
În tânăra istorie a organoizilor cardiaci - primii au fost descrişi în 2021 - cercetătorii au creat anterior doar organoizi cu cardiomiocite şi celule din stratul interior al peretelui cardiac (endocard).
„Pentru a înţelege cum se formează inima, celulele epicardului sunt decisive", spune dr. Anna Meier, primul autor al studiului.
Alte tipuri de celule din inimă, de exemplu în ţesuturile de legătură şi vasele de sânge, sunt formate din aceste celule, spun cercetătorii. Epicardul joacă, de asemenea, un rol foarte important în formarea camerelor inimii.
Echipa a numit în mod corespunzător noile organoide „epicardioide".
Descoperirea unui nou tip de celule
Împreună cu metoda de producere a organoizilor, echipa a raportat primele sale noi descoperiri. Prin analiza celulelor individuale, ei au determinat că celulele precursoare ale unui tip de celule descoperit doar recent la şoareci se formează în jurul celei de-a şaptea zile de dezvoltare a organoidului.
Din aceste celule se formează epicardul.
„Presupunem că aceste celule există şi în corpul uman - chiar dacă numai pentru câteva zile", spune profesorul Moretti.
Aceste descoperiri pot oferi, de asemenea, indicii cu privire la motivul pentru care inima fetală se poate repara singură, o capacitate aproape complet absentă în inima unui adult.
Aceste cunoştinţe ar putea ajuta la găsirea unor noi metode de tratament pentru infarctul miocardic şi alte afecţiuni ale inimii.
Producerea de „organoizi personalizaţi"
Echipa a arătat, de asemenea, că organoizii pot fi utilizaţi pentru a investiga bolile pacienţilor individuali.
Folosind celule stem pluripotente de la un pacient care suferă de sindromul Noonan, cercetătorii au produs organoizi care au emulat caracteristicile afecţiunii într-un vas Petri.
În lunile următoare, echipa intenţionează să utilizeze organoizi personalizaţi comparabili pentru a investiga alte defecte cardiace congenitale.
Având posibilitatea de a reproduce afecţiuni cardiace în organoizi, medicamentele ar putea fi testate direct pe aceştia în viitor.
„Este de conceput că astfel de teste ar putea reduce necesitatea experimentelor pe animale atunci când se dezvoltă medicamente", spune Alessandra Moretti.
Cercetătorii au înregistrat un brevet internaţional pentru procesul de creare a organoizilor cardiaci.
Modelul Epicardioid este unul dintre mai multe proiecte de organoide de la UTM.
La Centrul pentru sisteme organoide vor colabora grupuri de lucru de la diferite departamente şi catedre.
Aceştia vor efectua cercetări interdisciplinare asupra organoizilor pancreasului, creierului şi inimii cu ajutorul imagisticii de ultimă generaţie şi al analizei celulare pentru a studia formarea organelor, cancerul şi bolile neurodegenerative şi pentru a realiza progrese pentru medicină cu ajutorul sistemelor umane 3D.
(Foto: Aceste "epicardioide" - organite realizate din celule stem pluriopotente - au o dimensiune de doar 0,5 milimetri. Cercetătorii le pot folosi pentru a imita dezvoltarea inimii umane în laborator şi pentru a studia bolile cardiace ereditare. Credit: Universitatea Tehnică din München).
