Oamenii de știință au creat cea mai detaliată hartă a inimii umane de până acum

Un grup de oameni de știință a realizat ceea ce ei susțin că este cel mai detaliat catalog celular al inimii umane, inclusiv al țesutului specializat în care își are originea bătăile inimii.

În cadrul 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 diferite ale celulelor care mențin inima în mișcare și contribuie la apărarea acesteia împotriva infecțiilor.

Harta este mai degrabă un catalog molecular al tipurilor de celule și al genelor active ale acestora și ar putea ajuta la înțelegerea unor boli precum cele care afectează ritmul cardiac.

Așa cum putem simți în interiorul pieptului nostru bătând cu putere, inima este mușchi în mișcare și impulsuri electrice în acțiune. Contracțiile inimii rezultă din mișcarea colectivă a celulelor musculare cardiace, declanșată de impulsurile electrice din așa-numitele celule pacemaker. Aceste celule pacemaker se găsesc în principal în nodul sinoatrial al inimii, o parte a sistemului de conducere cardiacă care include alte câteva noduri și fascicule de celule interconectate, pe care oamenii de știință nu le înțeleg pe deplin.

„Sistemul de conducere cardiacă este esențial pentru bătăile regulate și coordonate ale inimilor noastre”, explică James Cranley, cardiolog specializat în tulburări de ritm cardiac și coautor principal al studiului: „Cu toate acestea, celulele care îl alcătuiesc sunt slab înțelese”.

Pentru a rezolva mai în detaliu aceste tipuri de celule, Cranley și colegii săi au folosit metode de transcriptomică unicelulară, care descifrează modul în care instrucțiunile genetice codificate în ADN sunt citite în celulele individuale.

Aceștia au aplicat aceste metode la eșantioane de țesut de la 25 de inimi de donatori care nu erau potrivite pentru transplantul de organe, dar care au fost de neprețuit pentru acest studiu, care a analizat peste 700.000 de celule și nuclee individuale.

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

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

Celulele pacemaker au fost „învelite” în prelungirile filiforme ale celulelor gliale, conexiunile lor semănând cu modul în care celulele nervoase se unesc la sinapse.

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

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

Celulele aveau o mulțime de gene care codificau receptorii 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 potențial noi modalități de a îmbunătăți tratamentele pentru inimă”, spune coautorul principal Kazumasa Kanemaru, cercetător în genomică cardiacă la Institutul Wellcome Sanger din Marea Britanie.

Mai mult, cercetătorii au clasificat celulele pacemaker pe baza tipurilor de canale ionice pe care le exprimă, sperând că descoperirile lor pot contribui la aprofundarea cercetărilor cu privire la ceea ce se întâmplă atunci când sistemul de cablare al inimii nu funcționează corect și la motivul pentru care unele terapii cardiace nu funcționează așa cum au fost concepute.

Canalele ionice sunt gardieni celulari care permit moleculelor încărcate să intre și să iasă din celule. Această scurtă polarizare declanșează semnale electrice extrem de importante în celulele pacemaker care pun în mișcare inima.

„În ansamblu, aceste date oferă o hartă extrem de specifică a genelor și celulelor sistemului de conducere cardiac”, concluzionează cercetătorii. Rezultatele studiului au fost publicate în revista nature.com.