Cercetările conduse de Dr. Muhammad Riaz, Dr. Jinkyu Park și Dr. Lorenzo Sewanan, de la laboratoarele Qyang și Campbell de la Yale, oferă un mecanism de identificare a anomaliilor legate de o boală cardiacă ereditară, cardiomiopatia hipertrofică (HCM), în care pereții ventriculului stâng devin anormal de groși și adesea rigizi.
Descoperirile apar în revista Circulation.
Pacienții cu HCM familială au un risc crescut de moarte subită, insuficiență cardiacă și aritmii. HCM este cea mai frecventă boală cardiacă moștenită, care afectează una din 500 de persoane. Se crede că boala este cauzată de mutații care reglează contracția mușchilor cardiaci, compromițând capacitatea inimii de a pompa sânge. Cu toate acestea, mecanismele din spatele bolii sunt puțin înțelese.
Pentru acest studiu, cercetătorii au folosit abordări cu celule stem pentru a înțelege mecanismele care conduc la HCM moștenită. Tehnologia, celulele stem pluripotente induse (iPSC), poate accelera înțelegerea cauzelor genetice ale bolii și dezvoltarea de noi tratamente folosind celulele proprii ale pacientului.
„Această experiență, în care fenotipurile bolii pacientului le oferă cercetătorilor cunoștințe fundamentale de bază, creează terenul pentru noi terapii inovatoare. În plus, cercetarea noastră a stabilit un model excelent pentru a ajuta mulți medici de la Yale School of Medicine și Yale New Haven Hospital să dezvăluie perspective mecanice asupra progresiei bolii folosind propriile iPSC și țesuturi proiectate ale pacienților”, a spus Conf. univ.dr. Yibing Qyang.
„Am vrut să înțelegem mecanismul bolii și să găsim o nouă strategie terapeutică”, a spus Park.
Conceptul a apărut datorită unui pacient de 18 luni care suferea de HCM familială. Printr-o colaborare cu Dr. Daniel Jacoby, specializat în medicină cardiovasculară și expert în HCM, care a oferit îngrijiri medicale acestui pacient, Park și echipa au folosit tehnologiile cu celule stem.. Ei au colectat 10 cc din sângele pacientului și au introdus celule stem în celulele sanguine ale pacientului pentru a genera iPSC autoregenerabile. „Am descoperit un mecanism general care explică progresia bolii”, a spus Park.
Apoi, au conceput țesuturi cardiace care semănau cu scenariul bolii cu debut precoce al pacientului. Boala avea o prezentare severă la vârsta de 18 luni, ceea ce sugerează că boala a început în stadiul fetal/neonatal.
Următoarea fază a studiului a fost recrearea unui model 3D care a fost folosit pentru a imita progresia bolii, inclusiv proprietăți mecanice, cum ar fi contracția acelui mușchi, pentru a înțelege cât de multă forță este compromisă dacă mutația este prezentă. Aceasta a fost realizată în colaborare cu Dr. Stuart Campbell și Dr. Sewanan de la Departamentul de Inginerie Biomedicală din Yale. Odată cu modelarea computațională pentru contracția musculară, autorii au dezvoltat sisteme robuste care le-au permis să examineze proprietățile biomecanice ale țesutului la niveluri tridimensionale.
În cele din urmă, folosind tehnologii avansate de editare a genelor, echipa de cercetare a modificat aceste mutații. Ei au descoperit că după ce mutațiile au fost corectate, boala a fost inversată. Aceste informații despre mutațiile proteinei sarcomere ar putea duce la noi terapii pentru HCM și alte boli. Interacțiunea dintre mutații ar putea sugera, de asemenea, că același mecanism biomecanic există și în alte condiții, cum ar fi boala cardiacă ischemică.
„Putem aplica aceste descoperiri la afecțiunile cardiace asociate cu hipertensiunea arterială, diabetul sau îmbătrânirea”, a spus Riaz.
„Una dintre provocările fundamentale a fost că trebuia să generăm iPSC-uri din familia pacientului”, a adăugat Riaz. Folosind această tehnologie, Park a reușit să recreeze celule primare din celulele unui pacient cu HCM, proces care durează peste o lună. Riaz și Park au folosit celule stem pentru a identifica rolul vital al remodelării tisulare patologice, care este cauzată de mutațiile cardiomiopatiei hipertrofice sarcomere.
„Suntem încrezătoei că descoperirile noastre vor fi replicate în comunitatea științifică”, a spus Riaz. „Acesta este un exemplu de cercetare, în care oamenii de știință extrag materiale din clinici și efectuează experimentul în laborator și apoi descoperă noi metode de tratare a pacienților”.
Autorii au remarcat, de asemenea, că secvențierea ARN ar putea fi folosită ca ghid pentru a caracteriza boala la nivel molecular. Oamenii de știință pot fi capabili să identifice mai multe medicamente vizate prin examinarea proprietăților biomecanice ale țesutului. „Acum putem analiza mai multe medicamente pentru a vedea dacă vreunul dintre aceste medicamente este capabil să salveze fenotipul”, au spus ei.
Sursa: Medicalxpress.com
