Mięsień sercowy odrasta po zawale — po raz pierwszy potwierdzone u ludzi

Zawał serca niszczy średnio około jednej trzeciej komórek mięśniowych w dotkniętych nim komorach. Stratę tę zawsze uznawano za nieodwracalną. Uważano, że mięsień sercowy — w przeciwieństwie do wątroby czy skóry — nie ma praktycznie żadnej zdolności do zastąpienia tego, co zabiera poważny uraz. Blizna powstająca na uszkodzonej tkance serca była ostatnim rozdziałem tej historii.

Okazuje się, że jest jeszcze jeden rozdział. Naukowcy z University of Sydney, pracujący na żywej tkance serca pobranej od pacjentów podczas operacji pomostowania aortalno-wieńcowego, potwierdzili to, co wcześniej zaobserwowano jedynie u myszy: po zawale ludzkie serce zaczyna wytwarzać nowe komórki mięśniowe.

Odkrycie nie oznacza, że serce samo się leczy. Odpowiedź regeneracyjna jest zdecydowanie zbyt słaba, by zrównoważyć skalę uszkodzeń. Jednak udowodnienie, że taka zdolność istnieje, zmienia to, na co mogą celować badacze — i otwiera możliwość, że pewnego dnia terapia będzie mogła wzmocnić to, co serce już próbuje zrobić.

Polecana lekturaKomórki podporowe mózgu uważano za niezastępowalne — dorosły mózg je zastępuje

Jak to zmierzono

Trudność w badaniu ludzkiej tkanki serca zawsze stanowił problem z czasem. Zanim próbka pośmiertna trafi do laboratorium, molekularne sygnały aktywnego podziału komórek w dużej mierze zanikają. Dr Robert Hume, pierwszy autor badania i naukowiec z Baird Institute for Applied Heart and Lung Research, pomógł rozwiązać ten problem, opracowując metodę pobierania próbek od żywych pacjentów.

Pacjenci wyrażający zgodę, poddawani operacji pomostowania w Royal Prince Alfred Hospital w Sydney, zgodzili się na pobranie małych próbek tkanek zarówno z uszkodzonych, jak i nieuszkodzonych obszarów serca podczas zabiegu. Próbki zostały zakonserwowane w ciągu piętnastu minut przy użyciu ciekłego azotu, co zamroziło aktywność biologiczną. Ten poziom wierności, niemożliwy do osiągnięcia w materiale pośmiertnym, pozwolił zespołowi wykryć to, czego wcześniejsze badania nie zauważyły: statystycznie istotny wzrost mitozy kardiomiocytów — procesu, w którym komórki mięśniowe dzielą się i rozmnażają — w sercach pacjentów, którzy przeszli zawał.

„Byliśmy w stanie wykazać statystycznie istotny wzrost mitozy kardiomiocytów w ludzkich sercach po zawale” — zauważył dr Hume. Naukowcy wcześniej zaobserwowali ten sam efekt u myszy. To pierwszy raz, gdy udokumentowano go bezpośrednio w ludzkiej tkance.

Co tak naprawdę niszczą zawały

Skala problemu wyjaśnia, dlaczego to odkrycie ma znaczenie, nawet jeśli sygnał regeneracyjny jest skromny. Poważny zawał serca może wyeliminować nawet miliard kardiomiocytów — komórek, od których serce zależy, by bić i koordynować czas pracy komór. Mięsień, który przeżyje, musi to kompensować, często poprzez rozciąganie. Z biegiem lat ta kompensacja zawodzi. Serce powiększa się, słabnie, a jego zdolność do pompowania krwi do reszty ciała maleje.

Końcowym etapem jest niewydolność serca, na którą nie ma prostego lekarstwa. Sama Australia ma około 144 000 osób żyjących z tą chorobą. Transplantacja jest obecnie jedynym definitywnym leczeniem, a w kraju wykonuje się około 115 takich zabiegów rocznie. Luki między potrzebami a podażą nie da się zamknąć samą operacją.

Choroby układu krążenia pozostają główną przyczyną zgonów na świecie. Każda terapia, która zmienia szanse po zawale — nawet w niewielkim stopniu — dotarłaby do populacji liczącej dziesiątki milionów.

Dlaczego to nie rozstrzyga kwestii

Naturalna odpowiedź regeneracyjna serca, jak dotąd rozumiana, nie nadąża za urazem, który ją wyzwala. Śmierć komórek spowodowana poważnym zawałem znacznie przewyższa liczbę nowych kardiomiocytów, które serce wytwarza w odpowiedzi. Dr Hume przyznał to wprost: odpowiedź regeneracyjna, choć realna, nie jest wystarczająca, by zapobiec pozostawieniu blizny na sercu.

Istnieje również kwestia mechanizmu, której dziedzina nie rozstrzygnęła w pełni. Powiązane badania nad niewydolnymi ludzkimi sercami wykazały, że wiele zdarzeń replikacji DNA w kardiomiocytach obejmuje poliploidyzację — komórki gromadzą dodatkowe kopie swojego genomu bez faktycznego podziału — oraz wielojądrowość, a nie standardowy podział mitotyczny. Oddzielenie prawdziwej proliferacji od tych pokrewnych, ale odrębnych procesów jest częścią technicznego wyzwania, któremu model żywej tkanki zespołu z Sydney jest teraz w stanie sprostać.

Badanie opierało się również na konkretnej populacji pacjentów — osobach już poddawanych operacji pomostowania — które mogą nie reprezentować pełnego spektrum pacjentów po zawale. Potrzebne będą większe, bardziej zróżnicowane badania, aby zrozumieć, jak konsekwentnie pojawia się ten sygnał regeneracyjny i czy różni się u młodszych pacjentów, u osób z różną wielkością zawału lub u leczonych wcześnie versus późno.

Co białka sugerują dalej

Zespół zidentyfikował również kilka białek w ludzkiej tkance, które wcześniej powiązano z regeneracją serca u myszy. Te białka oferują najbardziej konkretną wczesną wskazówkę do opracowania terapii. Jeśli są to molekularne przełączniki wyzwalające podział kardiomiocytów w odpowiedzi na uraz, stają się celami — czymś, co lek mógłby aktywować lub wzmacniać.

Profesor Sean Lal, starszy autor badania i kardiolog specjalizujący się w niewydolności serca w Royal Prince Alfred Hospital, opisał, do czego dąży zespół: „Ostatecznym celem jest wykorzystanie tego odkrycia do wytwarzania nowych komórek serca, które mogłyby odwrócić niewydolność serca. Wykorzystanie w naszej pracy modeli żywej ludzkiej tkanki serca oznacza, że będziemy mieli dokładniejsze i bardziej wiarygodne dane do opracowania nowych terapii chorób serca”.

Model żywej tkanki jest sam w sobie narzędziem badawczym niezależnym od tego pojedynczego wyniku. Ponieważ zachowuje molekularny stan serca w momencie operacji, można go użyć do testowania związków, które mogłyby zwiększyć podział komórek — bez konieczności, by inny człowiek najpierw przeszedł zawał.

Najczęstsze pytania dotyczące regeneracji serca

Czy ludzkie serce może się naprawić po zawale?

Serce ma ograniczoną, naturalną zdolność do wytwarzania nowych komórek mięśniowych po zawale, co niniejsze badanie potwierdza po raz pierwszy w ludzkiej tkance. Regeneracja zachodzi poprzez mitozę kardiomiocytów — podział komórek. Liczba nowo wytworzonych komórek jest zdecydowanie zbyt mała, by zastąpić mięsień utracony podczas poważnego zawału, więc odpowiedź naprawcza serca istnieje, ale jest funkcjonalnie niewystarczająca sama w sobie.

Dlaczego lekarze nie mogą już teraz wyleczyć niewydolności serca?

Niewydolność serca wynika z nieodwracalnej utraty mięśnia: serce kompensuje osłabione obszary, pracując ciężej, co ostatecznie zawodzi. Przeszczep serca jest jedynym lekarstwem, a podaż narządów dawców jest poważnie ograniczona. Około 144 000 Australijczyków żyje z niewydolnością serca, podczas gdy rocznie wykonuje się około 115 przeszczepów. Luka między pacjentami a dostępnymi narządami napędza poszukiwania terapii, które mogłyby regenerować uszkodzony mięsień.

Czym to badanie różniło się od poprzednich?

Poprzednie badania nad regeneracją serca wykorzystywały tkankę pośmiertną. Zanim takie próbki trafią do laboratorium, molekularne sygnały podziału komórek zanikają. Zespół z Sydney pobrał tkankę od żywych pacjentów podczas operacji pomostowania i zakonserwował ją w ciągu piętnastu minut przy użyciu ciekłego azotu. To podejście uchwyciło aktywne procesy biologiczne, które umykają próbkom pośmiertnym — w tym sygnał podziału komórek, który jest głównym odkryciem badania.

Jak długo do pojawienia się leczenia?

Nie ma jeszcze żadnego klinicznego leczenia opartego na tym odkryciu. Zespół zidentyfikował białka, które mogą regulować podział kardiomiocytów, i są one obecnie celami do opracowania leków. Znaczenie tej pracy polega na tym, że otwiera ona kierunek terapeutyczny wcześniej uznawany za zamknięty: dorosłe ludzkie serce może wytwarzać nowy mięsień, a naukowcy mają teraz narzędzie do badania, jak sprawić, by robiło to w użytecznej skali.

Następna faza badań będzie próbować zidentyfikować, które białka można wzmocnić w modelu żywej tkanki i czy zwiększy to tempo podziału komórek do poziomów, które mogłyby realistycznie zrównoważyć uszkodzenia po zawale.

Tagi: biology, cardiac regeneration, cardiology, cardiomyocyte, heart attack, heart failure

Więcej podobnych

Dlaczego twój system energetyczny jest twoim najcenniejszym zawodowym aktywem

Myszy z genem golca piaskowego żyły o 4,4 % dłużej i z mniejszym stanem zapalnym

Złamać Kod Starzenia: Jak Sztuczna Inteligencja Rewolucjonizuje Odmładzanie Komórkowe

Komórki CAR T wyeliminowały reumatoidalne zapalenie stawów u 3 pacjentów po wyczerpaniu opcji

Przepisanie kodu komórkowego: nutrigenomika i wojna z zapalnym przeprogramowaniem

Fizycy po raz pierwszy zobaczyli, jak atomy kryształu odwracają swój obrót