Ka-thump. Ka-thump. Ka-thump. Anche se lo notiamo a malapena la maggior parte del tempo, il battito costante di un cuore umano è una performance incredibilmente complessa. Come un’orchestra, migliaia di cellule devono padroneggiare le loro performance individuali e lavorare insieme.
Ora un team di scienziati ha creato il primo atlante delle cellule cardiache umane, una raccolta di mappe che mostrano quasi mezzo milione di cellule cardiache e identificano il ruolo di ciascuna nella sinfonia del cuore. I ricercatori hanno esaminato sei regioni in 14 cuori donatori sani, creando un database dettagliato che fornisce una nuova base di confronto per lo studio delle malattie cardiache, la principale causa di morte in tutto il mondo.
Per capire cosa sta andando storto in varie forme di malattie cardiache, “prima dobbiamo sapere cosa è normale”, afferma l’investigatrice dell’Istituto medico Howard Hughes Christine Seidman, genetista cardiovascolare all’Università di Harvard e direttore del Centro di genetica cardiovascolare al Brigham and Women’s Hospital. Seidman e colleghi descrivono il nuovo atlante del cuore il 24 settembre 2020, sulla rivista Nature.
“Posso riassumere i miei pensieri in una parola: monumentale”, dice il cardiologo Douglas Mann della Washington University School of Medicine di St. Louis, che non è stato coinvolto nello studio. “Penso che sia davvero un grande risultato e sarà un’enorme fonte di riferimento per il campo.”
Le cellule cardiache si sono dimostrate particolarmente difficili da studiare. A differenza di alcune cellule tumorali e altri tessuti, non ci sono cellule cardiache che possono essere coltivate indefinitamente in laboratorio e studiate. Invece, molta ricerca cardiaca viene fatta usando topi, i cui cuori hanno importanti differenze rispetto ai cuori umani.
E cuori umani sani possono essere difficili da trovare (la maggior parte sono utilizzati nei trapianti). Il team di Seidman ha fatto affidamento su quei casi insoliti in cui i cuori sani sono stati respinti per il trapianto e potrebbero essere congelati per l’uso nella ricerca. In primo luogo, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di sequenziamento ad alto rendimento per definire le caratteristiche individuali di ogni cellula cardiaca. Hanno poi mappato quelle cellule in sei regioni di 14 cuori umani, sette da uomini e sette da donne. “Per la prima volta, abbiamo un codice postale per ogni cella per sapere a quale popolazione appartiene”, dice Seidman.
Il team ha anche analizzato i livelli di RNA delle cellule cardiache utilizzando marcatori fluorescenti per raccogliere dettagli molecolari della loro funzione. Identificare non solo dove sono le cellule, ma quali proteine stanno producendo, sarà un vantaggio particolare per la ricerca, Mann dice. Ad esempio, confrontando le cellule nei cuori malati con quelle nei cuori sani utilizzando l’atlas, i ricercatori potrebbero individuare le differenze e indirizzare nuove terapie per le malattie cardiache.
Anche se i ricercatori hanno studiato un gruppo relativamente piccolo di cuori (“quattordici persone non possono replicare la popolazione mondiale”, dice Seidman), il nuovo atlante ha rivelato alcune sorprese biologiche. Il team ha trovato una diversità cellulare precedentemente sconosciuta in varie parti del cuore. Hanno anche scoperto differenze tra i cuori sani di maschi e femmine; le femmine avevano una percentuale maggiore di cellule del muscolo cardiaco, chiamate cardiomiociti, rispetto ai maschi. Ciò garantisce ulteriori ricerche, dice Seidman, poiché quelle cellule potrebbero contenere indizi sulle differenze nelle malattie cardiache tra i sessi.
Ancora, “quello che vediamo è sorprendente eterogeneità — in termini di tipi di cellule diverse che ora sappiamo che compongono i tessuti del cuore umano, in termini di differenze regionali all’interno del cuore,” dice il cardiologo Hugh Watkins dell’Università di Oxford in Inghilterra, che non faceva parte del gruppo di studio. “È certamente un organo molto più complicato di quanto molti avrebbero potuto immaginare!”
L’atlante fa parte della Human Cell Atlas initiative, uno sforzo finanziato dalla Chan Zuckerberg Initiative per mappare tutti i tipi di cellule nel corpo umano. “Ci vuole un grande villaggio per farlo”, dice Seidman. Il suo gruppo ha lavorato con un team internazionale di esperti su tutto, dalla chirurgia cardiaca alla biologia computazionale, al fine di creare il database atlas. Tutti i dati sono disponibili su http://www.heartcellatlas.org.
Successivamente, Seidman e i suoi colleghi sperano di espandere l’atlante a una popolazione più diversificata (i cuori iniziali erano tutti di donatori bianchi). Stanno anche iniziando a confrontare le proteine prodotte in cellule cardiache sane con quelle colpite da malattie cardiache.
“A tempo debito, quello che vogliamo veramente sapere è come i diversi tipi di cellule si incastrano a livello microscopico e funzionale”, dice Watkins. “Questo è un altro obiettivo ambizioso, ma l’atlante fornito qui è un inizio entusiasmante.”