Ka-thump. Ka-thump. Ka-thump. Choć przez większość czasu ledwo to zauważamy, ciągłe bicie ludzkiego serca jest niezwykle złożonym występem. Podobnie jak Orkiestra, tysiące komórek musi opanować swoje indywidualne występy, a także współpracować.
teraz zespół naukowców stworzył pierwszy atlas ludzkich komórek serca, zbiór map pokazujących prawie pół miliona komórek serca i identyfikujących rolę każdej z nich w symfonii serca. Naukowcy zbadali sześć regionów w 14 zdrowych sercach dawców, tworząc szczegółową bazę danych, która zapewnia nową podstawę porównawczą do badania chorób serca, głównej przyczyny zgonów na całym świecie.
aby zrozumieć, co dzieje się nie tak w różnych formach chorób serca, „najpierw musimy wiedzieć, co jest normalne”, mówi Howard Hughes Medical Institute badaczka Christine Seidman, genetyk układu sercowo-naczyniowego na Uniwersytecie Harvarda i dyrektor Centrum Genetyki układu sercowo-naczyniowego w Brigham and Women ’ s Hospital. Seidman i współpracownicy opisują nowy atlas serca 24 września 2020 r.w czasopiśmie Nature.
„mogę podsumować moje myśli jednym słowem:” – mówi kardiolog Douglas Mann Z Washington University School Of Medicine w St.Louis, który nie brał udziału w badaniu. „Myślę, że jest to naprawdę duże osiągnięcie i będzie ogromnym źródłem odniesienia dla tej dziedziny.”
komórki serca okazały się szczególnie trudne do zbadania. W przeciwieństwie do niektórych komórek nowotworowych i innych tkanek, nie ma komórek serca, które mogą być uprawiane w nieskończoność w laboratorium i badane. Zamiast tego, wiele badań serca odbywa się przy użyciu myszy, których serca mają istotne różnice w stosunku do ludzkich serc.
i zdrowe ludzkie serca mogą być trudne do znalezienia (większość jest używana w przeszczepach). Zespół seidmana opierał się na tych niezwykłych przypadkach, w których zdrowe serca zostały odrzucone do przeszczepu i mogły zostać zamrożone do wykorzystania w badaniach. Po pierwsze, naukowcy wykorzystali metodę sekwencjonowania o wysokiej przepustowości, aby zdefiniować indywidualne cechy każdej komórki serca. Następnie zmapowali te komórki w sześciu regionach 14 ludzkich serc, siedem od mężczyzn i siedem od kobiet. „Po raz pierwszy mamy Kod Pocztowy dla każdej komórki, aby wiedzieć, do jakiej populacji należy”, mówi Seidman.
zespół przeanalizował również poziomy RNA komórek serca za pomocą markerów fluorescencyjnych, aby uzyskać szczegóły molekularne ich funkcji. Określenie nie tylko miejsca, w którym znajdują się komórki, ale także białek, które produkują, będzie szczególnym dobrodziejstwem dla badań, mówi Mann. Na przykład, porównując komórki w chorych sercach z komórkami w zdrowych sercach za pomocą atlasu, naukowcy mogą wskazać różnice i ukierunkować nowe terapie chorób serca.
chociaż naukowcy badali stosunkowo niewielką grupę serc („czternaście osób nie może odtworzyć populacji świata”, mówi Seidman), nowy atlas ujawnił pewne biologiczne niespodzianki. Zespół odkrył wcześniej nieznaną różnorodność komórek w różnych częściach serca. Odkryli również różnice między zdrowymi sercami mężczyzn i kobiet; samice miały większy odsetek komórek mięśnia sercowego, zwanych kardiomiocytami, niż mężczyźni. To wymaga dalszych badań, mówi Seidman, ponieważ komórki te mogą zawierać wskazówki dotyczące różnic w chorobach serca między płciami.
jednak „to, co widzimy, jest uderzające w heterogeniczność — w odniesieniu do różnych typów komórek, które teraz wiemy, że tworzą tkankę ludzkiego serca, a także w odniesieniu do regionalnych różnic w sercu”, mówi kardiolog Hugh Watkins z Uniwersytetu Oksfordzkiego w Anglii, który nie był częścią zespołu badawczego. „Z pewnością jest to znacznie bardziej skomplikowany organ, niż wielu mogłoby sobie wyobrazić!”
atlas jest częścią Human Cell Atlas initiative, wysiłku finansowanego przez Chan Zuckerberg Initiative w celu mapowania wszystkich typów komórek w ludzkim ciele. „Potrzeba dużej wioski, aby to zrobić”, mówi Seidman. Jej grupa współpracowała z międzynarodowym zespołem ekspertów od chirurgii serca po biologię obliczeniową w celu stworzenia atlasu bazy danych. Wszystkie dane są dostępne pod adresem http://www.heartcellatlas.org.
następnie Seidman i jej współpracownicy mają nadzieję rozszerzyć atlas na bardziej zróżnicowaną populację (początkowe serca pochodziły od białych dawców). Zaczynają również porównywać białka wytwarzane w zdrowych komórkach serca z tymi dotkniętymi chorobami serca.
„w odpowiednim czasie chcemy wiedzieć, jak różne typy komórek pasują do siebie na poziomie mikroskopowym i funkcjonalnym”, mówi Watkins. „To kolejny ambitny cel, ale Atlas jest ekscytującym początkiem.”