Ka-thump. Ka-thump. Ka-thump. Vaikka tuskin huomaamme sitä suurimman osan ajasta, ihmissydämen Tasainen sykkiminen on hämmästyttävän monimutkainen suoritus. Tuhansien solujen on orkesterin tavoin hallittava yksilösuorituksensa sekä tehtävä yhteistyötä.
nyt tutkijaryhmä on luonut ensimmäisen ihmisen sydänsolujen kartaston, karttakokoelman, jossa on lähes puoli miljoonaa sydänsolua ja joka tunnistaa kunkin roolin sydämen sinfoniassa. Tutkijat tarkastelivat kuutta aluetta 14 terveestä luovuttajasydämestä ja loivat yksityiskohtaisen tietokannan, joka tarjoaa uuden vertailupohjan sydänsairauksien, maailman johtavan kuolinsyyn, tutkimiseen.
ymmärtääksemme, mikä menee pieleen erilaisissa sydänsairauksissa, ”ensin meidän täytyy tietää, mikä on normaalia”, sanoo Howard Hughes Medical Instituten tutkija Christine Seidman, joka on Harvardin yliopiston sydän-ja verisuonitautien geneetikko ja Brigham and Women ’ s Hospitalin sydän-ja verisuonitautien genetiikan keskuksen johtaja. Seidman ja kollegat kuvailevat uutta sydänkartastoa 24. syyskuuta 2020 Nature-lehdessä.
”voin tiivistää ajatukseni yhteen sanaan: monumentaalinen”, sanoo kardiologi Douglas Mann Washingtonin yliopiston lääketieteellisestä tiedekunnasta St. Louisista, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”Mielestäni se on todella suuri saavutus ja tulee olemaan valtava lähde viittaus alalla.”
sydänsoluja on osoittautunut erityisen vaikeaksi tutkia. Toisin kuin joissakin syöpäsoluissa ja muissa kudoksissa, ei ole sydänsoluja, joita voitaisiin kasvattaa loputtomiin laboratoriossa ja tutkia. Sen sijaan paljon sydäntutkimusta tehdään hiirillä, joiden sydämissä on merkittäviä eroja ihmisten sydämiin verrattuna.
ja terveitä ihmissydämiä voi olla vaikea löytää (useimpia käytetään elinsiirroissa). Seidmanin ryhmä luotti niihin epätavallisiin tapauksiin, joissa terveet sydämet hylättiin elinsiirtoa varten ja ne voitiin jäädyttää tutkimuskäyttöön. Ensinnäkin tutkijat käyttivät suuritehoista sekvensointimenetelmää määrittääkseen jokaisen sydänsolun yksilölliset ominaisuudet. Sitten he kartoittivat nämä solut kuudella alueella 14 ihmissydämestä, joista seitsemän oli miehiltä ja seitsemän naisilta. ”Ensimmäistä kertaa meillä on postinumero jokaiselle solulle, jotta tiedämme, mihin väestöön se kuuluu”, Seidman sanoo.
ryhmä analysoi myös sydänsolujen RNA-tasoja fluoresoivien markkereiden avulla selvittääkseen niiden toiminnan molekulaarisia yksityiskohtia. Sen tunnistaminen, missä solut ovat, mutta mitä proteiineja ne tuottavat, on erityinen siunaus tutkimukselle, Mann sanoo. Esimerkiksi vertaamalla sairaiden sydänten soluja terveiden sydänten soluihin atlas-tutkimuksen avulla tutkijat voisivat paikantaa eroja ja kohdistaa uusia hoitomuotoja sydänsairauksiin.
vaikka tutkijat tutkivat suhteellisen pientä sydänjoukkoa (”neljätoista ihmistä ei voi jäljitellä maailman populaatiota”, Seidman sanoo), uusi atlas paljasti joitakin biologisia yllätyksiä. Ryhmä löysi aiemmin tuntematonta solujen monimuotoisuutta sydämen eri osista. Ne myös paljastivat eroja miesten ja naisten terveiden sydänten välillä; naisilla oli suurempi osuus sydänlihassoluista eli kardiomyosyyteistä kuin miehillä. Seidman sanoo, että tämä vaatii lisää tutkimusta, koska nämä solut saattavat sisältää johtolankoja sukupuolten välisistä sydänsairauksien eroista.
silti ”se, mitä näemme, on silmiinpistävän heterogeenistä-mitä tulee niihin erilaisiin solutyyppeihin, joiden tiedämme nyt muodostavan ihmissydämen kudoksen, ja mitä tulee sydämen alueellisiin eroihin”, sanoo kardiologi Hugh Watkins Oxfordin yliopistosta Englannista, joka ei kuulunut tutkimusryhmään. ”Se on varmasti paljon monimutkaisempi elin kuin monet olisivat kuvitelleet!”
atlas on osa Human Cell Atlas initiative-hanketta, jota rahoittaa Chan Zuckerbergin aloite kaikkien ihmisruumiin solutyyppien kartoittamiseksi. ”Tähän tarvitaan iso kylä”, Seidman sanoo. Hänen ryhmänsä työskenteli kansainvälisen asiantuntijaryhmän kanssa kaikesta sydänkirurgiasta laskennalliseen biologiaan luodakseen tietokannan atlas. Kaikki tiedot löytyvät osoitteesta http://www.heartcellatlas.org.
seuraavaksi Seidman kollegoineen toivoo kartaston laajentamista monipuolisempaan väestöön (alkuperäiset sydämet olivat kaikki valkoisilta luovuttajilta). He alkavat myös verrata terveissä sydänsoluissa valmistettuja proteiineja sydänsairauksista kärsiviin.
”aikanaan todella haluamme tietää, miten eri solutyypit sopivat yhteen mikroskooppisella ja toiminnallisella tasolla”, Watkins sanoo. ”Se on toinen kunnianhimoinen tavoite, mutta atlas edellyttäen täällä on jännittävä alku.”