Καρδιά: Ο λεπτομερής χάρτης της καρδιάς παρέχει νέες γνώσεις για την καρδιακή υγεία και νόσο

Μια σημαντική συμβολή στην παγκόσμια πρωτοβουλία Human Cell Atlas, η οποία χαρτογραφεί κάθε τύπο κυττάρου στο σώμα για την κατανόηση της υγείας και της ασθένειας, θα αποτελέσει τη βάση για έναν πλήρη ενσωματωμένο Άτλαντα Ανθρώπινων Καρδιολογικών Κυττάρων HCA

Καρδιά: Σε μια νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 12 Ιουλίου στο Nature, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει τον πιο λεπτομερή και ολοκληρωμένο Άτλαντα Ανθρώπινων Κυττάρων Καρδιάς μέχρι σήμερα, συμπεριλαμβανομένου του εξειδικευμένου ιστού του συστήματος καρδιακής αγωγιμότητας – από όπου προέρχεται ο καρδιακός παλμός. Η πολυκεντρική ομάδα διευθύνεται από το Ινστιτούτο Wellcome Sanger και το Εθνικό Ινστιτούτο Καρδιάς και Πνεύμονα στο Imperial College του Λονδίνου και έχει επίσης παρουσιάσει ένα νέο υπολογιστικό εργαλείο επαναχρησιμοποίησης φαρμάκων που ονομάζεται Drug2cell, το οποίο μπορεί να παρέχει πληροφορίες για τις επιδράσεις των φαρμάκων στον καρδιακό ρυθμό.  Αυτή η μελέτη αποτελεί μέρος της διεθνούς πρωτοβουλίας Human Cell Atlas (HCA), η οποία χαρτογραφεί κάθε τύπο κυττάρου στο ανθρώπινο σώμα, για να μεταμορφώσει την κατανόησή μας για την υγεία και τις ασθένειες και θα αποτελέσει τη βάση για έναν πλήρως ενσωματωμένο Άτλαντα ανθρώπινων καρδιακών κυττάρων HCA HCA Human Heart Cell Atlas.

Χαρτογραφώντας οκτώ περιοχές της ανθρώπινης καρδιάς, το έργο περιγράφει 75 διαφορετικές κυτταρικές καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων του συστήματος καρδιακής αγωγιμότητας -της ομάδας κυττάρων που είναι υπεύθυνα για τον καρδιακό παλμό- που δεν ήταν κατανοητά σε τόσο λεπτομερές επίπεδο στους ανθρώπους πριν. Το ανθρώπινο σύστημα καρδιακής αγωγιμότητας, η «καλωδίωση» της καρδιάς, στέλνει ηλεκτρικούς παλμούς από την κορυφή προς το κάτω μέρος της καρδιάς και συντονίζει τον καρδιακό παλμό. Χρησιμοποιώντας χωρική μεταγραφική, η οποία δίνει έναν «χάρτη» του πού βρίσκονται τα κύτταρα μέσα σε έναν ιστό, οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να κατανοήσουν πώς αυτά τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους για πρώτη φορά. Αυτός ο χάρτης λειτουργεί ως μοριακός οδηγός, που δείχνει πώς μοιάζουν τα υγιή κύτταρα και παρέχει μια κρίσιμη αναφορά για να κατανοήσουμε τι πάει στραβά στην ασθένεια. Τα ευρήματα θα βοηθήσουν στην κατανόηση ασθενειών, όπως αυτές που επηρεάζουν τον καρδιακό ρυθμό. Η συναρμολόγηση ενός Άτλαντα Ανθρώπινου Καρδιακού Κυττάρου είναι καίριας σημασίας δεδομένου ότι οι καρδιαγγειακές παθήσεις είναι η κύρια αιτία θανάτου παγκοσμίως. Περίπου 20.000 ηλεκτρονικοί βηματοδότες εμφυτεύονται κάθε χρόνο στο Ηνωμένο Βασίλειο για αυτές τις διαταραχές. Αυτά μπορεί να είναι αναποτελεσματικά και είναι επιρρεπή σε επιπλοκές και παρενέργειες. Η κατανόηση της βιολογίας των κυττάρων του συστήματος αγωγιμότητας και του πώς διαφέρουν από τα μυϊκά κύτταρα ανοίγει τον δρόμο σε θεραπείες για την ενίσχυση της καρδιακής υγείας και την ανάπτυξη στοχευμένων θεραπειών για τις αρρυθμίες. Η ομάδα παρουσιάζει επίσης ένα νέο υπολογιστικό εργαλείο που ονομάζεται Drug2cell. Το εργαλείο μπορεί να προβλέψει στόχους φαρμάκων καθώς και παρενέργειες φαρμάκων. Αξιοποιεί τα προφίλ ενός κυττάρου και τις 19 εκατομμύρια αλληλεπιδράσεις φαρμάκου-στόχου στη βάση δεδομένων EMBL-EBI ChEMBL. Απροσδόκητα, αυτό το εργαλείο εντόπισε ότι τα κύτταρα βηματοδότη εκφράζουν τον στόχο ορισμένων φαρμάκων, όπως τα φάρμακα GLP1, τα οποία χρησιμοποιούνται για τον διαβήτη και την απώλεια βάρους και είναι γνωστό ότι αυξάνουν τον καρδιακό ρυθμό ως παρενέργεια, ο μηχανισμός του οποίου ήταν ασαφής.

Αυτή η μελέτη υποδηλώνει ότι η αύξηση του καρδιακού ρυθμού μπορεί να οφείλεται εν μέρει στην άμεση δράση αυτών των φαρμάκων στα κύτταρα βηματοδότη, ένα εύρημα που έδειξε, επίσης, η ομάδα σε ένα πειραματικό μοντέλο βλαστοκυττάρων κυττάρων βηματοδότη. Ο Δρ. James Cranley, κοινός πρώτος συγγραφέας, καρδιολόγος με ειδίκευση στις διαταραχές του καρδιακού ρυθμού και Ph.D. φοιτητής στο Ινστιτούτο Wellcome Sanger, είπε, “Το σύστημα καρδιακής αγωγιμότητας είναι κρίσιμο για το τακτικό και συντονισμένο χτύπημα της καρδιάς μας, ωστόσο τα κύτταρα που το αποτελούν δεν είναι καλά κατανοητά. Αυτή η μελέτη ρίχνει νέο φως ορίζοντας τα προφίλ αυτών των κυττάρων, καθώς και τις πολυκύτταρες κόγχες που κατοικούν. Αυτή η βαθύτερη κατανόηση ανοίγει την πόρτα για καλύτερες, στοχευμένες αντιαρρυθμικές θεραπείες στο μέλλον». Ο Δρ Kazumasa Kanemaru, από κοινού πρώτος συγγραφέας και μεταδιδακτορικός συνεργάτης στην ομάδα Gene Expression Genomics στο Ινστιτούτο Wellcome Sanger, είπε: “Ο μηχανισμός ενεργοποίησης και καταστολής γονιδίων κυττάρων βηματοδότη δεν είναι ξεκάθαρος, ειδικά στους ανθρώπους. Αυτό είναι σημαντικό για τη βελτίωση της κυτταρικής θεραπείας για να διευκολυνθεί η παραγωγή κυττάρων βηματοδότη ή να αποτραπεί η υπερβολική αυθόρμητη πυροδότηση των κυττάρων. Με την κατανόηση αυτών των κυττάρων σε ατομικό γενετικό επίπεδο, μπορούμε ενδεχομένως να αναπτύξουμε νέους τρόπους για τη βελτίωση των θεραπειών της καρδιάς.” Η μελέτη αποκάλυψε μια απροσδόκητη ανακάλυψη: μια στενή σχέση μεταξύ των κυττάρων του συστήματος αγωγιμότητας και των νευρογλοιακών κυττάρων. Τα νευρογλοιακά κύτταρα αποτελούν μέρος του νευρικού συστήματος και βρίσκονται παραδοσιακά στον εγκέφαλο. Έχουν εξερευνηθεί πολύ λίγο στην καρδιά. Αυτή η έρευνα υποδηλώνει ότι τα νευρογλοιακά κύτταρα βρίσκονται σε φυσική επαφή με τα κύτταρα του συστήματος αγωγιμότητας και μπορεί να διαδραματίσουν σημαντικό υποστηρικτικό ρόλο: επικοινωνία με τα κύτταρα βηματοδότη, καθοδήγηση των νευρικών απολήξεων σε αυτά και υποστήριξη της απελευθέρωσης γλουταμικού, ενός νευροδιαβιβαστή. Ένα άλλο βασικό εύρημα της μελέτης είναι μια ανοσολογική δομή στην εξωτερική επιφάνεια της καρδιάς. Αυτό περιέχει κύτταρα πλάσματος, τα οποία απελευθερώνουν αντισώματα στον χώρο γύρω από την καρδιά για να αποτρέψουν τη μόλυνση από τους κοντινούς πνεύμονες. Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης μια κυτταρική θέση που εμπλουτίζει μια ορμόνη που θα μπορούσε να ερμηνευθεί ως πρώιμο προειδοποιητικό σημάδι καρδιακής ανεπάρκειας.

Η Δρ. Michela Noseda, ανώτερη Λέκτορας Καρδιακής Μοριακής Παθολογίας στο Εθνικό Ινστιτούτο Καρδιάς και Πνεύμονα, Imperial College του Λονδίνου, συντονιστής του Human Cell Atlas Heart BioNetwork και επικεφαλής συγγραφέας, είπε: «Συχνά δεν γνωρίζουμε πλήρως τι επιπτώσεις έχει μια νέα θεραπεία στην καρδιά και τις ηλεκτρικές της παρορμήσεις—αυτό μπορεί να σημαίνει ότι ένα φάρμακο αποσύρεται ή αποτυγχάνει να κυκλοφορήσει στην αγορά. Η ομάδα μας ανέπτυξε την πλατφόρμα Drug2cell για να βελτιώσει τον τρόπο αξιολόγησης των νέων θεραπειών και πώς μπορούν να επηρεάσουν την καρδιά μας, και δυνητικά και άλλους ιστούς. Αυτό θα μπορούσε να μας προσφέρει ένα ανεκτίμητο εργαλείο για τον εντοπισμό νέων φαρμάκων που στοχεύουν συγκεκριμένα κύτταρα, καθώς και να βοηθήσει στην πρόβλεψη τυχόν πιθανών παρενεργειών νωρίς στην ανάπτυξη φαρμάκων». Ο καθηγητής Metin Avkiran, Αναπληρωτής Ιατρικός Διευθυντής στο British Heart Foundation, δήλωσε: «Χρησιμοποιώντας τεχνολογίες αιχμής, αυτή η έρευνα παρέχει περαιτέρω περίπλοκες λεπτομέρειες σχετικά με τα κύτταρα που αποτελούν εξειδικευμένες περιοχές της ανθρώπινης καρδιάς και πώς αυτά τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους. Νέα ευρήματα σχετικά με το σύστημα ηλεκτρικής αγωγιμότητας της καρδιάς και τη ρύθμισή του είναι πιθανό να ανοίξουν νέες προσεγγίσεις για την πρόληψη και τη θεραπεία διαταραχών του ρυθμού που μπορεί να βλάψουν τη λειτουργία της καρδιάς και μπορεί ακόμη και να γίνουν απειλητικές για τη ζωή. “Η διεθνής συνεργασία είναι το κλειδί για την επιστημονική πρόοδο. Αυτή η εντυπωσιακή μελέτη και άλλες ανακαλύψεις από την ευρύτερη πρωτοβουλία Human Cell Atlas είναι εξαιρετικά παραδείγματα του τι μπορεί να επιτευχθεί όταν η διεθνής ερευνητική κοινότητα συνεργάζεται διασυνοριακά. Οι συνδυασμένες προσπάθειές μας μπορούν τελικά να παράγουν καλύτερα αποτελέσματα για τους ασθενείς Παγκοσμίως.”

Η Δρ Sarah Teichmann, ανώτερη συγγραφέας της μελέτης από το Ινστιτούτο Wellcome Sanger και συμπρόεδρος της Οργανωτικής Επιτροπής του Άτλαντα Ανθρώπινων Κυττάρων, είπε: «Αυτός ο Άτλας των Καρδιολογικών Κυττάρων αποκαλύπτει την καρδιακή μικροανατομία με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια, συμπεριλαμβανομένου του συστήματος καρδιακής αγωγιμότητας που επιτρέπει σε κάθε καρδιακό παλμό, και αποτελεί πολύτιμη αναφορά για τη μελέτη των καρδιακών παθήσεων και τον σχεδιασμό πιθανών θεραπευτικών μεθόδων. Μια σημαντική συμβολή στην παγκόσμια πρωτοβουλία Human Cell Atlas, η οποία χαρτογραφεί κάθε τύπο κυττάρου στο σώμα για την κατανόηση της υγείας και της ασθένειας, θα αποτελέσει τη βάση για έναν πλήρη ενσωματωμένο Άτλαντα Ανθρώπινων Καρδιολογικών Κυττάρων HCA. Επιπλέον, η σουίτα υπολογιστικών μεθόδων μας θα βοηθήσει στον εντοπισμό δυνατοτήτων επαναχρησιμοποίησης υπαρχόντων φαρμάκων για τη θεραπεία ασθενειών σε άλλους ιστούς.”

Νέα θεραπεία για την αντιμετώπιση των καρδιαγγειακών παθήσεων

Πρώτος επιστημονικός χάρτης για στοχευμένες θεραπείες ή αποτροπή καρδιακών παθήσεων

Χαρτογράφηση καρδιάς υψηλής τεχνολογίας