VIDEO Cercetătorii au descoperit cum se poate repara o inimă care a suferit leziuni

mai 24 08:45 2023 de Beatrice Popa Timp citire articol: 6 minut(e)

A fost descoperit mecanismul cheie din spatele regenerării inimii la peștele zebră. Mecanismul a putut fi replicat și la celulele musculare cardiace umane, cultivate în laborator, și la șoareci.

Bolile cardiovasculare, cum ar fi infarctul miocardic, reprezintă una dintre principalele cauze de deces la nivel mondial, și rezultă din puterea limitată de autovindecare a inimii.

Spre deosebire de oameni, peștii zebră au capacitatea remarcabilă de a se reface în urma leziunilor cardiace.

Cercetătorii de la Institutul Hubrecht, din Olanda, au folosit peștele zebră pentru a face lumină asupra succesului lor în regenerarea inimii.

Ei au descoperit un nou mecanism care funcționează ca un comutator care declanșează 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 și de șoarece.

Rezultatele studiului, publicate joi, revista Science, arată că examinarea procesului natural de regenerare a inimii la peștele zebră și 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 nutrienți și oxigen a unor părți ale inimii. Ca urmare, celulele musculare cardiace din partea obstrucționată a inimii mor, ceea ce duce, în cele din urmă, la insuficiență cardiacă.

Deși există terapii care gestionează simptomele, nu există un tratament care să poată înlocui țesutul pierdut cu celule musculare cardiace funcționale și mature și, astfel, să vindece pacienții.

Peștele zebră ca model

Spre deosebire de oameni, unele specii, precum peștele zebră, își pot regenera inima.

În termen de 90 de zile de la deteriorare, peștii își restabilesc complet funcția cardiacă.

Celulele musculare cardiace care supraviețuiesc leziunilor sunt capabile să se dividă și să producă mai multe celule.

Această caracteristică unică oferă inimii peștelui zebră o sursă de țesut 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 și se maturizează suficient pentru a putea contribui la funcționarea normală a inimii”, explică Phong Nguyen, primul autor al studiului.

Cercetătorii au fost intrigați de faptul că, în inimile de pește zebră, țesutul nou format s-a maturizat în mod natural și s-a integrat în țesutul cardiac existent fără nicio problemă.

Ce determină maturizarea celulelor cardiace?

Pentru a studia în detaliu maturizarea țesutului nou format, cercetătorii au dezvoltat o tehnică pentru a cultiva în laborator secțiuni groase din inima peștilor zebră rănite.

Acest lucru le-a permis să realizeze imagini în direct asupra reglării transportului calciului în celulele musculare cardiace.

Controlul calciului care intră și iese din celulele musculare cardiace este important pentru controlul contracțiilor inimii și 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 inițial foarte asemănătoare cu cea a celulelor embrionare ale mușchiului 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, și 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 lipsește LRRC10 au continuat să se dividă și au rămas imature, au descoperit cercetătorii.

(Video: Imagini în direct a transportului de calciu prin celulele musculare cardiace umane cultivate în laborator (hiPSC-CM). Credit: Phong Nguyen și Giulia Campostrini, copyright: Institutul Hubrecht)

De la peștii zebră la om

După ce a stabilit importanța LRRC10 în oprirea diviziunii celulare și inițierea maturării celulelor musculare cardiace ale peștilor 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 și la șoareci.

În mod surprinzător, LRRC10 a modificat manipularea calciului, a redus diviziunea celulară și a crescut maturizarea acestor celule într-un mod similar cu cel observat în inimile de pește zebră.

„A fost interesant să vedem că ce am învățat de la peștele zebră poate fi transpus (în alte organisme), pentru că acest lucru deschide noi posibilități de utilizare a LRRC10 în contextul unor noi terapii pentru pacienți”, a explicat Nguyen.

Impactul clinic al studiului

Rezultatele studiului, publicate în Science, arată că LRRC10 are potențialul de a conduce mai departe maturizarea celulelor musculare cardiace prin controlul manipulării calciului.

Acest lucru i-ar putea ajuta pe oamenii de știință care încearcă să rezolve lipsa capacității de regenerare a inimii mamiferelor prin transplantul de celule musculare cardiace crescute în laborator în inima deteriorată.

Deși această potențială terapie este promițătoare, rezultatele au arătat că aceste celule cultivate în laborator sunt încă imature și nu pot comunica în mod corespunzător cu restul inimii, ceea ce duce la contracții anormale numite aritmii.

Deși 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 creștere a maturității acestora să îmbunătățească 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 proporție de 90%, candidații promițători de medicamente descoperiți în laborator nu reușesc 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 îmbunătăți și relevanța acestor modele”, a concluzionat Bakkers.

Astfel, LRRC10 ar putea avea o contribuție importantă la generarea de celule musculare cardiace cultivate în laborator care să reprezinte cu mai multă acuratețe o inimă umană adultă tipică, îmbunătățind astfel șansele de a dezvolta cu succes noi tratamente împotriva bolilor cardiovasculare.

(Foto: Inima peștelui zebră la 60 de zile după suferirea leziunilor arată că structura celulelor musculare cardiace s-a regenerat complet.  Credit: Phong Nguyen, copyright @Institutul Hubrecht).