Zawał serca to przedłużający się stan niedokrwienia tego organu, który prowadzi do jego martwicy. Do zawału dochodzi, gdy serce nie jest odpowiednio natlenowane tętnicami wieńcowymi, w których pojawiają się złogi miażdżycowe. Początkowo nie dochodzi do zatrzymania akcji serca, a kardiomiocyty (komórki serca) przestają się prawidłowo kurczyć. Z czasem się rozpadają, więc tworzące je związki przedostają się do krwiobiegu – przykładem takiej substancji jets troponina, którą można wykryć podczas badania krwi pacjenta z zawałem serca.
Niestety, kardiomiocyty nie mają naturalnej zdolności do regeneracji, co oznacza, że po zawale w miejscu uszkodzonej tkanki powstaje blizna. Region ten nie kurczy się i jest pod wieloma względami funkcjonalnie upośledzony. Czasami nie przeszkadza to w normalnym funkcjonowaniu organu, choć to zwykle loteria.
Wyhodowanie w warunkach laboratoryjnych kardiomiocytów jest jednym z najważniejszych celów naukowców zajmujących się medycyną regeneracyjną. Nowe badania przeprowadzone przez uczonych z University of Wisconsin-Madison Stem Cell & Regenerative Medicine Center dostarcza cennych informacje, które mogą być cenne w przemianie komórek macierzystych w kardiomiocyty. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie eLife.
Nowy sposób tworzenia kardiomiocytów
Naukowcy zbadali, w jaki sposób białka macierzy pozakomórkowej (ECM), czyli substancji wypełniającej przestrzeń między komórkami, mogą być pomocne w wytwarzaniu kardiomiocytów z ludzkich pluripotentnych komórek macierzystych (hPSC).
Jianhua Zhang, główny autor badań, mówi:
To, w jaki sposób ECM wpływa na generowanie kardiomiocytów hPSC, zostało w dużej mierze przeoczone. Im lepiej rozumiemy, jak rozpuszczalne czynniki, a także białka ECM działają w hodowli komórek i różnicowaniu, tym bliżej jesteśmy naszych celów.
Zespół Zhanga przez długi czas poszukiwał sposobu, by “nakłonić” hPSC do różnicowania w kardiomiocyty. Ostatnie badania wykazały, że dużą rolę w tym procesie odgrywa ECM. Przetestowano różne białka pochodzące z ECM, aby sprawdzić, jak wpływają one na różnicowanie komórek macierzystych. Głównymi celami naukowców była laminina-111, laminina-521, fibronektyna i kolagen.
Zhang dodaje:
Nasze badanie wykazało, że białka ECM odgrywają znaczącą rolę w adhezji hPSC, wzroście i różnicowaniu serca. A fibronektyna jest niezbędna w różnicowaniu sercowych hPSC. Poprzez zrozumienie roli ECM, badanie to pomoże opracować solidniejsze metody i protokoły do generowania kardiomiocytów z hPSC. Ponadto, badanie to nie tylko pomaga w dziedzinie różnicowania serca, ale także innych linii rozwojowych.
Niesamowita fibronektyna
Zespół Zhanga w 2012 r. opracował najbardziej efektywny sposób różnicowania kardiomiocytów z komórek macierzystych.
Zhang wyjaśnia jej wyjątkowość:
To badanie jest właściwie pracą uzupełniającą do metody Matrix Sandwich, którą opracowaliśmy dla efektywnego różnicowania sercowego hPSCs. Aby hodować komórki macierzyste, musieliśmy mieć warstwę ECM na spodzie płytki. W przeciwnym razie komórki macierzyste nie przylegałyby do płytki. Następnie dodawaliśmy kolejną warstwę ECM na wierzchu rosnących komórek macierzystych i stwierdziliśmy, że pomogło to promować najbardziej efektywne różnicowanie.
Dla naukowców oczywiste było, że taka metoda warstwowa jest bardziej efektywna w różnicowaniu kardiomiocytów, choć nie wiadomo było dlaczego. Nowa praca wyjaśnia tę tajemnicę – kluczowa w całym procesie wydaje się być fibronektyna.
Kolejny etap badań będzie skupiał się na pełnym wykorzystaniu hPSC do wytwarzania kardiomiocytów. Naukowcy na razie nie myślą o ilościach terapeutycznych komórek, wystarczą takie, na których będzie można testować potencjalne leki (organoidy). Plany są ambitne, ale wszystko przed zespołem Zhanga, który nad zastosowaniem komórek macierzystych w leczeniu chorób krążenia pracuje już od 16 lat.