Ka-thump. Ka-dunk. Ka-dunk. Selvom vi næppe bemærker det det meste af tiden, er det stadige slag af et menneskeligt hjerte en utrolig kompleks præstation. Som et orkester skal tusinder af celler mestre deres individuelle forestillinger såvel som arbejde sammen.
nu har et team af forskere skabt det første atlas over menneskelige hjerteceller, en samling kort, der viser næsten en halv million hjerteceller og identificerer hver enkelt rolle i hjertets symfoni. Forskerne undersøgte seks regioner i 14 sunde donorhjerter og skabte en detaljeret database, der giver et nyt sammenligningsgrundlag for at studere hjertesygdomme, den største dødsårsag over hele verden.
for at forstå, hvad der går galt i forskellige former for hjertesygdomme, “skal vi først vide, hvad der er normalt,” siger Christine Seidman, en kardiovaskulær genetiker ved Harvard University og direktør for Cardiovascular Genetics Center på Brigham og kvinders Hospital. Seidman og kolleger beskriver det nye hjerteatlas 24. September 2020 i tidsskriftet Nature.
“Jeg kan opsummere mine tanker i et ord: monumental,” siger kardiolog Douglas Mann fra University School of Medicine i St. Louis, som ikke var involveret i undersøgelsen. “Jeg synes, det er en virkelig stor præstation og vil være en enorm kilde til reference for feltet.”
hjerteceller har vist sig særligt vanskelige at studere. I modsætning til nogle kræftceller og andre væv er der ingen hjerteceller, der kan dyrkes på ubestemt tid i laboratoriet og studeres. I stedet udføres meget hjerteforskning ved hjælp af mus, hvis hjerter har vigtige forskelle fra menneskelige hjerter.
og sunde menneskelige hjerter kan være svære at finde (de fleste bruges i transplantationer). Seidmans team stolede på de usædvanlige tilfælde, hvor sunde hjerter blev afvist til transplantation og kunne fryses til brug i forskning. For det første brugte forskerne en sekventeringsmetode med høj kapacitet til at definere individuelle egenskaber ved hver hjertecelle. De kortlagde derefter disse celler i seks regioner af 14 menneskelige hjerter, syv fra mænd og syv fra kvinder. “For første gang har vi et Postnummer for hver celle for at vide, hvilken befolkning den tilhører,” siger Seidman.
holdet analyserede også hjertecellers RNA-niveauer ved hjælp af fluorescerende markører for at indsamle molekylære detaljer om deres funktion. At identificere ikke kun hvor celler er, men hvilke proteiner de producerer, vil være en særlig velsignelse for forskning, siger Mann. For eksempel ved at sammenligne celler i syge hjerter med dem i sunde hjerter ved hjælp af atlaset, kan forskere identificere forskelle og målrette mod nye terapier for hjertesygdomme.
selvom forskerne studerede en relativt lille gruppe hjerter (“fjorten mennesker kan ikke replikere verdens befolkning,” siger Seidman), afslørede det nye atlas nogle biologiske overraskelser. Holdet fandt tidligere ukendt cellediversitet i forskellige dele af hjertet. De afdækkede også forskelle mellem de sunde hjerter hos mænd og kvinder; kvinder havde en større andel af hjertemuskelceller, kaldet kardiomyocytter, end mænd. Det garanterer mere forskning, siger Seidman, da disse celler kan holde spor til forskelle i hjertesygdomme mellem kønnene. stadig, ” det, vi ser, er slående heterogenitet – med hensyn til de forskellige celletyper, som vi nu ved, udgør det menneskelige hjertes væv og med hensyn til de regionale forskelle i hjertet,” siger kardiolog Hugh. “Det er bestemt et meget mere kompliceret organ, end mange måske havde forestillet sig!”
atlaset er en del af Human Cell Atlas initiative, en indsats finansieret af Chan-initiativet til at kortlægge alle celletyper i den menneskelige krop. “Det kræver en stor landsby at gøre dette,” siger Seidman. Hendes gruppe arbejdede med et internationalt team af eksperter på alt fra hjertekirurgi til beregningsbiologi for at skabe databaseatlaset. Alle data er tilgængelige på http://www.heartcellatlas.org.
dernæst håber Seidman og hendes kolleger at udvide atlaset til en mere forskelligartet befolkning (de oprindelige hjerter var alle fra hvide donorer). De begynder også at sammenligne proteinerne fremstillet i sunde hjerteceller med dem, der er ramt af hjertesygdomme.
“med tiden vil vi virkelig vide, hvordan de forskellige celletyper passer sammen på det mikroskopiske og funktionelle niveau,” siger han. “Det er et andet ambitiøst mål, men atlaset, der leveres her, er en spændende start.”