Cercetătorii de la facultatea de medicină a universităţii Washington, din Seattle, au creat celule stem care nu generează aritmii periculoase, o complicaţie care a zădărnicit până în prezent eforturile de a dezvolta terapii cu celule stem pentru leziunile inimii.
„Am găsit ceea ce trebuie să abordăm pentru ca aceste celule să fie sigure", a declarat Silvia Marchiano, cercetător postdoctoral la Institutul pentru celule stem şi medicină regenerativă al UW Medicineşi autorul principal al cercetării publicate joi, în revista Cell Stem Cell.
În studiile anterioare, echipa a folosit celule musculare cardiace create din celule stem pentru a repara leziunile musculare cardiace cauzate de infarctul miocardic. Acest tip de infarct apare atunci când fluxul sanguin către muşchiul cardiac este blocat, provocând astfel moartea celulelor cardiace.
Celulele cardiace nu se regenerează, astfel că muşchiul afectat este înlocuit de ţesut cicatricial. Acest lucru slăbeşte inima şi îi afectează capacitatea de a pompa sângele. Afectarea severă poate duce la insuficienţă cardiacă şi la deces.
Pentru a crea celulele cardiace terapeutice, cercetătorii din Seattle au folosit celule stem pluripotente. Spre deosebire de celulele stem adulte, care s-au specializat pentru a deveni tipuri specifice de celule, celulele stem pluripotente pot deveni orice tip de celulă din organism.
Din 2012 până în 2018, echipa din Seattle a injectat cu succes celule stem pluripotente în pereţii deterioraţi ai inimii pentru a crea muşchi noi care să îl înlocuiască pe cel pierdut în timpul unui infarct.
În cadrul studiilor pe animale, ei au arătat că celulele grefate se integrează în muşchiul cardiac, intră în sincronie cu celelalte celule cardiace şi îmbunătăţesc contractilitatea inimii.
Aceste descoperiri au demonstrat că terapia cu celule stem ar putea fi potenţial utilizată pentru a salva inimile deteriorate.
A existat însă o complicaţie majoră. În timpul primelor săptămâni de grefare, inimile au avut tendinţa de a bate la un ritm periculos de ridicat. Dacă nu se va găsi o modalitate de a preveni sau de a suprima această problemă, celulele stem nu vor putea deveni un tratament sigur pentru infarctul miocardic şi insuficienţa cardiacă.
„Scopul nostru este de a crea celule contractile funcţionale care să nu încerce să îşi stabilească propriul ritm", a declarat Murry.
În inima matură, ritmul cardiac este reglat de celule specializate numite celule pacemaker. Aceste celule generează semnale electrice la intervale regulate care induc contracţia celorlalte celule cardiace.
În celulele pacemaker, voltajul oscilează de la negativ (hiperpolarizat) la pozitiv (depolarizat). Cercetătorii compară acest lucru cu un metronom cu ioni pozitivi care intră şi ies din celulă prin aceste canale. Ritmul la care se produce acest ciclu de repolarizare şi depolarizare determină ritmul cardiac.
Cu toate acestea, în inimile embrionare timpurii, acest sistem, în care relativ puţine celule au devenit celule specializate de stimulator cardiac, în timp ce restul au devenit celule contractile statice, nu s-a dezvoltat. Toate celulele au fost stimulatoare cardiace. Cercetătorii au suspectat că celulele stem grefate se comportau ca şi celulele embrionare timpurii, generând haotic semnale şi cauzând ritmurile cardiace periculoase.
Pentru a afla ce determina aceste celule să se comporte în acest fel, cercetătorii au folosit o tehnică numită secvenţiere ARN pentru a afla ce canale ionice erau fabricate în momente diferite pe măsură ce celulele se maturizau.
Secvenţierea a arătat că unele tipuri de canale ionice apar la începutul dezvoltării şi apoi dispar pe măsură ce celulele se maturizează, în timp ce alte tipuri de canale ionice apar mai târziu în dezvoltare.
Pentru a determina care canale ionice sunt vinovate de transportul curentului care cauzează aritmia, cercetătorii au folosit tehnica de editare a genomului CRISPR pentru a elimina sistematic genele depolarizante sau pentru a activa genele repolarizante. Acest lucru s-a dovedit a fi surprinzător de complex.
Oamenii de ştiinţă au emis ipoteza că ar exista un singur canal ionic care cauzează aritmia, dar niciuna dintre editările unei singure gene nu a eliminat ritmurile cardiace rapide.
Cercetătorii au întreprins apoi un proces minuţios de combinaţii, efectuând modificări genetice duble şi triple. Chiar şi aşa, niciuna dintre aceste modificări nu a eliminat aritmia, iar unele au părut să o înrăutăţească.
În cele din urmă, oamenii de ştiinţă au creat o linie de celule stem în care trei gene depolarizante au fost eliminate şi o genă repolarizantă a fost activată. Acest lucru a rezolvat problema.
Celulele musculare cardiace generate din aceste celule stem erau liniştite din punct de vedere electric, ca în muşchiul cardiac adult, dar se contractau atunci când li se dădea un semnal electric pentru a imita un stimulator cardiac natural.
Cercetătorii au botezat aceste celule „MEDUSA" (modificarea ADN-ului electrofiziologic pentru a înţelege şi a suprima aritmiile).
Cardiomiocitele MEDUSA se grefează în inimă, se maturizează în celule adulte, se integrează electric în muşchiul cardiac şi bat în sincronie cu celulele peacemaker naturale, toate acestea fără a genera ritmuri cardiace periculoase.
Aceasta este condiţia sine qua non pentru regenerarea inimii, spun autorii reuşitei.
Cercetătorii mai au de efectuat mai multe teste suplimentare cu aceste celule modificate, dar, cred că au depăşit cel mai mare obstacol în calea regenerării inimii umane.
