A fost descoperit mecanismul cheie din spatele regenerării inimii la peştele zebră. Mecanismul a putut fi replicat şi la celulele musculare cardiace umane, cultivate în laborator, şi la şoareci.
Bolile cardiovasculare, cum ar fi infarctul miocardic, reprezintă una dintre principalele cauze de deces la nivel mondial, şi rezultă din puterea limitată de autovindecare a inimii.
Spre deosebire de oameni, peştii zebră au capacitatea remarcabilă de a se reface în urma leziunilor cardiace.
Cercetătorii de la Institutul Hubrecht, din Olanda, au folosit peştele zebră pentru a face lumină asupra succesului lor în regenerarea inimii.
Ei au descoperit un nou mecanism care funcţionează ca un comutator care declanşează celulele musculare cardiace să se maturizeze în procesul de regenerare.
Important este că acest mecanism a fost conservat din punct de vedere evolutiv, întrucât a avut un efect foarte asemănător asupra celulelor musculare cardiace umane şi de şoarece.
Rezultatele studiului, publicate joi, revista Science, arată că examinarea procesului natural de regenerare a inimii la peştele zebră şi aplicarea acestor descoperiri la celulele musculare cardiace umane ar putea contribui la dezvoltarea de noi terapii împotriva bolilor cardiovasculare.
Se estimează că 18 milioane de oameni mor în fiecare an din cauza bolilor cardiovasculare. Multe dintre aceste decese sunt legate de infarctul miocardic.
Într-un astfel de eveniment, un cheag de sânge împiedică alimentarea cu nutrienţi şi oxigen a unor părţi ale inimii. Ca urmare, celulele musculare cardiace din partea obstrucţionată a inimii mor, ceea ce duce, în cele din urmă, la insuficienţă cardiacă.
Deşi există terapii care gestionează simptomele, nu există un tratament care să poată înlocui ţesutul pierdut cu celule musculare cardiace funcţionale şi mature şi, astfel, să vindece pacienţii.
Peştele zebră ca model
Spre deosebire de oameni, unele specii, precum peştele zebră, îşi pot regenera inima.
În termen de 90 de zile de la deteriorare, peştii îşi restabilesc complet funcţia cardiacă.
Celulele musculare cardiace care supravieţuiesc leziunilor sunt capabile să se dividă şi să producă mai multe celule.
Această caracteristică unică oferă inimii peştelui zebră o sursă de ţesut nou pentru a înlocui celulele musculare cardiace pierdute.
Studiile anterioare au identificat cu succes factorii care ar putea stimula celulele musculare cardiace să se dividă. Cu toate acestea, ceea ce se întâmplă ulterior cu celulele musculare cardiace nou formate nu fusese studiat până acum.
„Nu este clar cum aceste celule se opresc din diviziune şi se maturizează suficient pentru a putea contribui la funcţionarea normală a inimii", explică Phong Nguyen, primul autor al studiului.
Cercetătorii au fost intrigaţi de faptul că, în inimile de peşte zebră, ţesutul nou format s-a maturizat în mod natural şi s-a integrat în ţesutul cardiac existent fără nicio problemă.
Ce determină maturizarea celulelor cardiace?
Pentru a studia în detaliu maturizarea ţesutului nou format, cercetătorii au dezvoltat o tehnică pentru a cultiva în laborator secţiuni groase din inima peştilor zebră rănite.
Acest lucru le-a permis să realizeze imagini în direct asupra reglării transportului calciului în celulele musculare cardiace.
Controlul calciului care intră şi iese din celulele musculare cardiace este important pentru controlul contracţiilor inimii şi poate prezice maturizarea celulei.
Echipa de cercetători olandezi a descoperit că, după ce celulele musculare cardiace se divid, transportul calciului se modifică în timp.
„Transportul calciului în celula nou divizată a fost iniţial foarte asemănătoare cu cea a celulelor embrionare ale muşchiului cardiac, dar, în timp, celulele musculare cardiace au adoptat un tip matur de transport a calciului", explică Nguyen.
„Am descoperit că diada cardiacă, o structură care a ajutat la deplasarea calciului în interiorul celulei musculare cardiace, şi în special una dintre componentele sale, LRRC10, a fost crucială pentru a decide dacă celulele musculare cardiace se divid sau progresează prin maturizare", a detaliat cercetătorul.
Celulele musculare cardiace cărora le lipseşte LRRC10 au continuat să se dividă şi au rămas imature, au descoperit cercetătorii.
[ot-video][/ot-video]
(Video: Imagini în direct a transportului de calciu prin celulele musculare cardiace umane cultivate în laborator (hiPSC-CM). Credit: Phong Nguyen şi Giulia Campostrini, copyright: Institutul Hubrecht)
De la peştii zebră la om
După ce a stabilit importanţa LRRC10 în oprirea diviziunii celulare şi iniţierea maturării celulelor musculare cardiace ale peştilor zebră, echipa a trecut la teste pentru a vedea dacă descoperirile pot fi transpuse la mamifere.
În acest scop, ei au indus expresia LRRC10 în celulele musculare cardiace umane cultivate în laborator şi la şoareci.
În mod surprinzător, LRRC10 a modificat manipularea calciului, a redus diviziunea celulară şi a crescut maturizarea acestor celule într-un mod similar cu cel observat în inimile de peşte zebră.
„A fost interesant să vedem că ce am învăţat de la peştele zebră poate fi transpus (în alte organisme), pentru că acest lucru deschide noi posibilităţi de utilizare a LRRC10 în contextul unor noi terapii pentru pacienţi", a explicat Nguyen.
Impactul clinic al studiului
Rezultatele studiului, publicate în Science, arată că LRRC10 are potenţialul de a conduce mai departe maturizarea celulelor musculare cardiace prin controlul manipulării calciului.
Acest lucru i-ar putea ajuta pe oamenii de ştiinţă care încearcă să rezolve lipsa capacităţii de regenerare a inimii mamiferelor prin transplantul de celule musculare cardiace crescute în laborator în inima deteriorată.
Deşi această potenţială terapie este promiţătoare, rezultatele au arătat că aceste celule cultivate în laborator sunt încă imature şi nu pot comunica în mod corespunzător cu restul inimii, ceea ce duce la contracţii anormale numite aritmii.
Deşi sunt necesare mai multe cercetări pentru a defini cu precizie cât de mature sunt aceste celule musculare cardiace cultivate în laborator atunci când sunt tratate cu LRRC10, este posibil ca o creştere a maturităţii acestora să îmbunătăţească integrarea lor după transplant, spune Jeroen Bakkers, unul dintre autorii studiului.
Potrivit cercetătorilor, modelele actuale pentru bolile cardiace se bazează frecvent pe celule musculare cardiace imature cultivate în laborator.
În proporţie de 90%, candidaţii promiţători de medicamente descoperiţi în laborator nu reuşesc să ajungă în clinică, iar imaturitatea acestor celule ar putea fi un factor care contribuie la această rată scăzută de succes.
„Rezultatele noastre indică faptul că LRRC10 ar putea îmbunătăţi şi relevanţa acestor modele", a concluzionat Bakkers.
Astfel, LRRC10 ar putea avea o contribuţie importantă la generarea de celule musculare cardiace cultivate în laborator care să reprezinte cu mai multă acurateţe o inimă umană adultă tipică, îmbunătăţind astfel şansele de a dezvolta cu succes noi tratamente împotriva bolilor cardiovasculare.
(Foto: Inima peştelui zebră la 60 de zile după suferirea leziunilor arată că structura celulelor musculare cardiace s-a regenerat complet. Credit: Phong Nguyen, copyright @Institutul Hubrecht).
