Naukowcy zidentyfikowali przyczynę braku zdolności do regeneracji komórek mięśnia sercowego

Naukowcy badający komórki macierzyste z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles odkryli, dlaczego dorosłe komórki mięśnia sercowego, zwane kardiomiocytami, utraciły zdolność do proliferacji. Może to wyjaśniać, dlaczego ludzkie serce ma tak ograniczone zdolności regeneracyjne.

Badania prowadzone na liniach komórkowych i myszach mogą doprowadzić do opracowania metod przeprogramowania komórek mięśnia sercowego bezpośrednio w sercach pacjentów, co pozwoli im na tworzenie nowych mięśni i naprawę uszkodzeń, powiedział dr Robb MacLellan z Centrum Medycyny Regeneracyjnej i Badań nad Komórkami Macierzystymi im. Eli i Edythe Broad na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles.

W przeciwieństwie do traszek i salamander, dorosłe ciało ludzkie nie może spontanicznie regenerować uszkodzonych organów, takich jak serce. Jednak ostatnie badania pokazują, że ssaki mają zdolność regeneracji serca przez bardzo krótki okres czasu – w ciągu pierwszego tygodnia życia. Następnie zdolność ta zanika. Ale jeśli była kiedyś, być może da się ją przywrócić?

Opublikowane w recenzowanym czasopiśmie Journal of Cell Biology badania dr. McLellana dowodzą, że możliwe jest przywrócenie zegara komórkowego do czasów, gdy kardiomiocyty miały zdolność proliferacji i naprawy mięśnia sercowego.

„Salamandry i inne niższe organizmy mają zdolność dedyferencjacji swoich kardiomiocytów lub przywracania ich do wcześniejszego, bardziej pierwotnego stanu, co pozwala tym komórkom na ponowne wejście w cykl komórkowy, tworząc nowy mięsień sercowy” — mówi dr McLellan, adiunkt kardiologii i fizjologii. „U ssaków ten potencjał jest tracony. Gdybyśmy wiedzieli, jak go przywrócić lub znali powód, dla którego dorosłe kardiomiocyty nie proliferują, moglibyśmy spróbować znaleźć sposób na regenerację serca, stosując metody natury”.

Kardiomiocyty pochodzą z komórek macierzystych progenitorowych lub komórek prekursorowych, które tworzą serce poprzez proliferację. Po uformowaniu serca miocyty przekształcają się z niedojrzałych komórek w dojrzałe, które nie są już zdolne do rozmnażania. U traszek i salamander sprawy mają się inaczej: ich kardiomiocyty mogą powrócić do stanu niedojrzałego lub pierwotnego i ponownie uzyskać zdolność do proliferacji, naprawy uszkodzeń, a następnie przekształcić się z powrotem w dojrzałe komórki.

Według dr McLellana, powód, dla którego ludzkie kardiomiocyty nie są w stanie zrobić tego samego, jest dość prosty: w swoim bardziej pierwotnym stanie kardiomiocyty tracą zdolność do normalnego kurczenia się, co jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania serca. Ponieważ ludzie są znacznie więksi niż traszki i salamandry, nasze serca musiały być znacznie bardziej wydajne, aby utrzymać optymalne ciśnienie krwi i prawidłowe krążenie.

„W miarę jak ewoluowaliśmy, aby utrzymać optymalne ciśnienie krwi i krążenie, musieliśmy zrezygnować ze zdolności do regeneracji mięśnia sercowego” — mówi McLellan. „Zyskaliśmy bardziej wydajne komórki mięśnia sercowego i serce. Ale to był kompromis”.

Dr McLellan uważa, że tymczasowe zahamowanie ekspresji białek blokujących mechanizm cyklu komórkowego może zmusić dorosłe kardiomiocyty do powrotu do cyklu komórkowego, tj. do proliferacji. Metody te powinny być odwracalne, tak aby efekt ukierunkowania na białka odpowiedzialne za proliferację zniknął po naprawieniu uszkodzeń. Kardiomiocyty powróciłyby wówczas do dojrzałych komórek i zaczęły pomagać w kurczeniu się odbudowanego mięśnia sercowego. Aby wyeliminować białka, które utrzymują miocyty w stanie dojrzałym, dr McLellan rozważa już użycie nanocząsteczek w celu dostarczenia małego interferującego RNA do serca.

W przypadku zawału mięśnia sercowego część serca nie jest już zaopatrywana w tlen, a kardiomiocyty obumierają, zastępując je tkanką bliznowatą. Nie jest trudno znaleźć uszkodzony obszar serca, a jeśli opracuje się metodę przeprogramowania własnych miocytów pacjenta, do uszkodzonego obszaru można wprowadzić system, który kontroluje aktywność pożądanego białka i jest w stanie przywrócić miocyty do stanu pierwotnego. Pozwoli to na zastąpienie martwego mięśnia sercowego żywym.

„Zdolność organizmów niższych do regeneracji i dlaczego nie dzieje się to u ludzi, jest przedmiotem dyskusji od dawna. To pierwszy artykuł, który wyjaśnia, dlaczego tak się dzieje” – komentuje swoją pracę profesor McLellan.

Wiele mówi się o wykorzystaniu ludzkich komórek macierzystych zarodka (hESC) lub przeprogramowanych indukowanych komórek macierzystych pluripotentnych (iPSC) do regeneracji serca. Nie wiadomo jednak, jaki stopień regeneracji można osiągnąć ani jak znaczące mogą być korzyści.

„Moim zdaniem jest to potencjalny mechanizm regeneracji mięśnia sercowego bez użycia komórek macierzystych” — mówi dr McLellan. „W takim przypadku każda osoba stałaby się źródłem komórek do własnej regeneracji”.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]