Secretele inimii au fost scoase la suprafață: una din cele mai importante reușite ale oamenilor de știință

Oamenii de știință ne-au oferit imagini rafinate cu trei dintre organele majore ale corpului nostru, mai detaliate ca niciodată.

De la „cartierele” celulelor intestinale la arhitecții vieții noi, am văzut cum celulele sunt aranjate și interacționează.

Acum, un grup de oameni de știință a produs ceea ce ei susțin că este cel mai detaliat catalog de celule ale inimii umane, inclusiv țesutul specializat din care provin bătăile inimii.

Parte a consorțiului Human Cell Atlas, care își propune să cartografieze fiecare tip de celulă din corpul uman, cercetătorii de la mai multe institute din Marea Britanie și Germania au cartografiat opt regiuni ale inimii umane și au profilat 75 de stări celulare diferite care mențin inima în mișcare și ajută la apărarea împotriva infecțiilor.

Harta nu este ceva pe care cei mai mulți dintre noi îl putem aprecia vizual. Este mai mult ca un catalog molecular de tipuri de celule și genele lor active și ar putea ajuta la înțelegerea unor boli precum cele care afectează ritmul cardiac.

După cum putem simți în interiorul pieptului care ne bate, inima este mușchi în mișcare și impulsuri electrice în acțiune. Contracțiile inimii rezultă din mișcarea colectivă a celulelor musculare ale inimii, declanșată de impulsuri electrice în așa-numitele celule stimulatoare cardiace.

Aceste celule stimulatoare cardiace se găsesc în principal în nodul sinoatrial al inimii, o parte a sistemului de conducere cardiacă include alți câțiva noduri interconectate și fascicule de celule, pe care oamenii de știință nu le înțeleg pe deplin.

„Sistemul de conducere cardiacă este esențial pentru bătăile regulate și coordonate ale inimii noastre”, explică James Cranley, cardiolog specializat în tulburări de ritm cardiac și autor principal al studiului. „Cu toate acestea, celulele care o compun sunt prost înțelese.”

Pentru a rezolva aceste tipuri de celule în detaliu, Cranley și colegii au folosit metode de transcriptomică cu o singură celulă, care descifrează modul în care instrucțiunile genetice codificate în ADN sunt citite în celule individuale.

Ei au aplicat aceste metode la mostre de țesut din 25 de inimi donatoare care nu erau tocmai potrivite pentru transplantul de organe, dar neprețuite pentru acest studiu, care a analizat peste 700.000 de celule și nuclee individuale.

Cea mai detaliată hartă

Prin cartografierea grupurilor distincte de celule cardiace la mai mulți donatori care erau altfel sănătoși, echipa a descoperit celule stimulatoare cardiace în strânsă legătură cu celulele gliale.

Glia susține de obicei neuronii din creier și din sistemul nervos mai larg. Dar în nodurile sinoatrial și atrioventricular și în pachetul atrioventricular al inimii, cercetătorii au descoperit celule gliale care susțin procesele de semnalizare în celulele stimulatoare cardiace.

Celulele stimulatoare cardiace au fost „învăluite” în extensiile spinoase ale celulelor gliale, conexiunile lor semănând cu modul în care celulele nervoase se unesc la sinapse.

Cercetătorii au cercetat, de asemenea, stratul exterior al inimilor donatorilor. Acolo au găsit celule imunitare numite celule plasmatice și au confirmat că produc anticorpi pentru a proteja inima de infecțiile din plămânii din apropiere.

Cu miocardul, țesutul muscular al inimii, Cranley si colegii sai au identificat o populație de celule care par deosebit de sensibile la stres si inflamație.

Celulele aveau o mulțime de gene care codifică receptori pentru moleculele de semnalizare inflamatorie și exprimau niveluri ridicate ale unei peptide care a fost legată de insuficiența cardiacă.

„Prin înțelegerea acestor celule la nivel genetic individual, putem dezvolta noi modalități de a îmbunătăți tratamentele cardiace”, spune autorul principal Kazumasa Kanemaru, cercetător la Institutul Wellcome Sanger din Marea Britanie.

Mai mult, cercetătorii au clasificat celulele stimulatoare cardiace în funcție de tipurile de canale ionice pe care le exprimă, sperând că descoperirile lor pot cerceta în continuare ce se întâmplă atunci când sistemul de cablare al inimii se aprinde greșit și de ce unele terapii cardiace nu funcționează așa cum au fost concepute.

Canalele ionice sunt gardieni celulari care lasă moleculele încărcate să intre și să iasă din celule. Această polarizare scurtă declanșează semnale electrice extrem de importante în celulele stimulatoare cardiace care pornesc inima.

„În totalitate, aceste date oferă o hartă foarte specifică a genelor și celulelor sistemului de conducere cardiac”, concluzionează cercetătorii.