Oamenii de știință tocmai au publicat cea mai detaliată hartă a inimii umane în curs de dezvoltare până în prezent.
Atlasul include 75 de tipuri de celule ale inimii, inclusiv tipuri de celule din valvele inimii și mușchii care îi alimentează bătăile care nu s-au mai văzut până acum. Acesta arată modul în care acestea și alte celule se organizează pentru a forma diferitele structuri interne ale inimii din uter. Cercetarea, care a fost publicată miercuri (13 martie) în jurnal Naturădezvăluie, de asemenea, modul în care diferitele celule interacționează în timpul dezvoltării inimii.
„Pentru prima dată, putem vedea modul în care celulele cardiace se organizează pentru a forma diferitele structuri ale inimii la rezoluție înaltă, asemănător cu mărirea caselor individuale în Google Maps.” Elie Farahprimul autor al studiului și un savant postdoctoral în Neil Chi Laboratorul de Cercetare de la Universitatea din California, San Diego (UCSD), a declarat Live Science într-un e-mail.
Pentru a-și trasa harta, Farah și colegii săi au studiat inimile umane întregi care fuseseră donate Biodepozitul perinatal UCSD, o bancă de țesuturi folosite pentru a studia sarcina umană. Inimile din studiu au fost donate între săptămânile 9 și 16 de dezvoltare fetală. În această etapă, inima a progresat deja de la a fi un simplu tub la dezvoltarea a patru camere distinctedar este totuși mult mai mică decât o inimă adultă.
Legate de: Oamenii de știință dezvăluie o nouă „inimă pe cip”
O tehnică folosită de cercetători a fost secvențierea ARN-ului unicelular, care le-a permis să analizeze un tip de material genetic numit ARN în interiorul fiecărei celule cardiace. ARN-ul transportă modelele stocate în gene către fabricile de construcție a proteinelor unei celule, astfel încât analiza ARN-ului poate ajuta oamenii de știință să identifice diferite tipuri de celule.
Cealaltă tehnică utilizată în acest studiu se numește „hibridizare in situ cu fluorescență robustă cu erori multiplexate” sau pe scurt MERFISH. A fost introdus în 2019 de către Quan Zhu, director asociat al Centrului UCSD pentru Epigenomics și co-autor principal al noii lucrări. Această metodă permite cercetătorilor să detecteze și să cuantifice transcrierile de ARN – planurile copiate – ale sutelor de gene din fiecare celulă în timp ce înregistrează locația anatomică a celulei într-un organ.
Zhu a făcut echipă cu laboratorul lui Chi pentru a utiliza această tehnologie de ultimă oră pentru a studia modul în care se dezvoltă inimile umane, devenind „prima echipă de cercetare care a aplicat tehnologia MERFISH pentru a studia inima umană în curs de dezvoltare cu rezoluție unică celulară rezolvată spațial”, a spus Zhu pentru Live Science într-un e-mail. Cu alte cuvinte, MERFISH a permis hărții echipei să capteze caracteristicile și coordonatele celulelor individuale din inima fetală.
„Nu numai că suntem capabili să identificăm tipuri de celule neașteptate, speciale pentru inima în curs de dezvoltare, care nu se află în inima adultului, dar și să înțelegem mai profund de ce stânga inimii noastre este diferită de cea dreaptă într-un stadiu foarte incipient”, a adăugat Zhu. De exemplu, au fost observate mai multe straturi de celule musculare ale inimii în camera stângă inferioară, sau ventriculul stâng, decât în ventriculul drept, ceea ce indică faptul că ventriculul stâng se dezvoltă mai devreme decât cel drept.
Pe lângă analizarea inimii întregi, echipa a efectuat studii genetice la șoarece și teste de laborator cu celule stem umane. Acestea au demonstrat modul în care diferite tipuri de celule comunică între ele pentru a conduce dezvoltarea structurilor interne ale inimii.
De exemplu, au observat interacțiuni între celulele musculare din ventriculii inimii; fibroblaste sau celule care contribuie la formarea țesutului conjunctiv; și celulele endoteliale, care căptușesc vasele de sânge. Aceste interacțiuni pot juca un rol în formarea pereților ventriculari ai inimii.
„Acesta este un document de referință”, Norbert Hübner, profesor și lider de grup la Centrul Max Delbrück din Germania, care nu a fost implicat în studiu, a declarat pentru Live Science într-un e-mail. Modul în care cercetătorii au analizat ARN-ul „servește ca model pentru înțelegerea funcției organelor la nivel de celulă unică și pentru identificarea stărilor și nișelor celulare relevante din punct de vedere clinic în inima în curs de dezvoltare”, a spus el.
Atlasul cuprinzător al inimii în curs de dezvoltare are câteva aplicații foarte importante.
„Datele sunt cruciale pentru studiile viitoare ale bolilor cardiace congenitale [heart defects people are born with] și să informeze abordările de medicină regenerativă care vizează înlocuirea miocardului pierdut sau disfuncțional [heart muscle],” Dr. Michela Nosedaun lector și lider de grup la Imperial College London care nu a fost implicat în studiu, a declarat Live Science într-un e-mail.
Deși acest atlas este fără precedent în detaliu, versiuni și mai bune sunt în curs de dezvoltare.
Următorul pas este crearea unui model 3D complet al inimii umane în curs de dezvoltare, a spus Farah. Apoi, cercetătorii doresc să urmărească dezvoltarea inimii în timp pentru a crea „un atlas 4D al inimii umane în curs de dezvoltare” – practic un fel de „film” al dezvoltării inimii care le-ar oferi oamenilor de știință o mai bună înțelegere a acestui proces critic.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!