Oamenii de ştiinţă au surprins momentul în care o inimă începe să bată într-un embrion de peşte zebră. Performanţă este considerată remarcabilă ţinând cont de durata relativ scurtă a vieţii a acestui animal.
Un nou studiu al cercetătorilor de la Harvard arată că celulele cardiace în curs de dezvoltare ale peştilor zebră încep să bată brusc, la unison, pentru a forma un ritm cardiac sincronizat.
Într-o fereastră restrânsă de aproximativ 20 de ore în dezvoltarea peştilor zebră, inimile în curs de dezvoltare ale embrionilor au fost surprinse în acţiune, ieşind în evidenţă printr-o bătaie unică a unui ansamblu de celule.
„A fost ca şi cum cineva ar fi apăsat pe un întrerupător", a descris momentul unic biofizicianul Adam Cohen, într-un comunicat al universităţii. Cohen este autorul principal al noii cercetări, care a studiat embrioni de peşti zebră în matriţe de agaroză - o polizaharida din alge roşii - comandate special pentru a surprinde acest eveniment unic.
Folosind imagistica cu microscopică de mare viteză, cercetătorii de la Universitatea Harvard s-au bazat pe studii vechi realizate cu zeci de ani în urmă, privind primele bătăi de inimă la pui, şobolani şi şoareci pentru a observa timp de câteva ore embrionii de peşte zebră în dezvoltare şi a surprinde momentul în care celulele cardiace încep să bată.
Din studiile anterioare, a devenit clar că prima bătaie a inimii are loc chiar înainte ca prima structură a inimii, un tub primitiv, să se formeze.
Primele semne de activitate sunt în cadrul populaţiilor de celule musculare cardiace, numite cardiomiocite, pe care oamenii de ştiinţă le-au găsit inundate de ioni de calciu, dar nu în mod organizat.
În inima matură, ionii de calciu se grăbesc să intre şi să iasă din cardiomiocite, generând potenţiale de activitate (vârfuri de activitate electrică) care declanşează contracţiile inimii.
Echipa de la Harvard a continuat această cercetare anterioară măsurând modul în care valurile de ioni de calciu se organizează şi se propagă în embrionii de peşte zebră în curs de dezvoltare, pentru a declanşa primul puls unificat al inimii.
„Inima bate de aproximativ 3 miliarde de ori în timpul unei vieţi umane obişnuite şi nu trebuie să ia niciodată o pauză", explică Cohen.
„Am vrut să vedem cum se porneşte pentru prima dată această maşină incredibilă", povesteşte el entuziasmat.
Valurile de calciu lente şi rare au devenit mai intense şi mai frecvente pe măsură ce cardiomiocitele în curs de dezvoltare se asamblau în formă de inel la linia mediană a embrionilor de peşte zebră.
Apoi, nivelurile de calciu au crescut brusc şi celulele cardiace au eliberat explozii de activitate electrică care au măturat ţesutul.
Primele câteva bătăi ale inimii au fost puţin neregulate, dar în curând s-au stabilit în contracţii sincronizate.
„O bătaie ritmică, structurată spaţial, apare cu mult înainte de conectarea la sistemul circulator şi de pomparea sângelui", au observat cercetătorii.
Mai mult, echipa a observat cum celulele cardiace ale peştilor zebră au intrat într-o stare de excitabilitate cu aproximativ 90 de minute înainte de prima bătaie a inimii, ca şi cum s-ar fi pregătit pentru acţiune.
Interesant este faptul că valurile de ioni de calciu care au precedat prima bătaie a inimii nu proveneau întotdeauna din acelaşi loc la embrioni diferiţi de peşte zebră, ceea ce sugerează că nu există nimic unic în ceea ce priveşte celulele care se activează primele.
Aşa-numitul loc de iniţiere a avut loc cel mai adesea într-o regiune centrală a inelului cardiac, şi nu la marginile sale exterioare, unde se află celulele pacemaker care menţin inima adultă în funcţiune.
Cercetătorii au fost surprinşi să descopere că celulele cardiace ale peştilor zebră în curs de dezvoltare încep brusc să bată dintr-o dată şi devin rapid reglate. Aici, celulele cardiace sunt marcate cu proteină fluorescentă verde, care devine mai strălucitoare atunci când nivelul de calciu creşte în timpul fiecărei bătăi a inimii. Imagine: Bill Jia
Echipa de la Harvard consideră că activitatea timpurie a celulelor cardiace, înainte de prima contracţie, ar putea stimula dezvoltarea cardiovasculară.
„Privind modul în care se dezvoltă inima putem vedea cum sunt stratificate diferite mecanisme de control, ceea ce ne poate spune ceva despre ce se întâmplă dacă acestea se strică", explică biologul de sisteme Sean Megason, de la facultatea de medicină a universităţii Harvard.
Şi având în vedere asemănările dintre peştele zebră şi embrionii de pui, şobolan şi şoarece, cercetătorii cred că mecanismele care stau la baza formării inimii ar putea fi împărtăşite de toate vertebratele - acel grup de animale cu coloană vertebrală care ne include şi pe noi, oamenii.
Dacă este aşa, studiul ar putea conduce la cercetări ulterioare care să analizeze modul în care apar neregulile cardiace, cum ar fi aritmiile, la oameni.
Studiul a fost publicat miercuri, 27 septembrie, în revista Nature.
Foto articol: O inimă de peşte zebră în curs de dezvoltare. Imagine de microscopie fluorescentă. Jia et al., Nature, 2023)
