Картирование человеческого сердца, ячейка за ячейкой
Это изображение из Атласа клеток сердца показывает шесть областей сердца (левое и правое предсердия и желудочки, верхушку и межжелудочковую перегородку). Цветовая кодировка используется для обозначения типов ячеек. Кредит: heartcellatlas.org

Ученые создали подробную клеточную и молекулярную карту здорового человеческого сердца, чтобы понять, как функционирует этот жизненно важный орган, и пролить свет на то, что идет не так при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Работа, опубликованная в Nature 24 сентября, была проведена исследователями из Гарвардской медицинской школы, Бригама и женской больницы, Института Велком Сангер, Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка (MDC) в Германии. Имперский колледж Лондона и их сотрудники по всему миру.

Команда проанализировала почти полмиллиона отдельных клеток, чтобы построить самый обширный на сегодняшний день клеточный атлас человеческого сердца. Атлас показывает огромное разнообразие клеток и выявляет типы клеток сердечной мышцы, защитные иммунные клетки сердца и сложную сеть кровеносных сосудов. Он также предсказывает, как клетки взаимодействуют, чтобы сердце работало.

Исследование является частью инициативы Human Cell Atlas по картированию каждого типа клеток человеческого тела. Новые молекулярные и клеточные знания о сердце обещают помочь лучше понять сердечные заболевания и направить разработку высоко индивидуализированных методов лечения.

По словам исследователей, эта работа также закладывает основу для методов лечения, основанных на регенеративной медицине.

В течение жизни среднее человеческое сердце совершает более 2 миллиардов ударов, необходимых для поддержания жизни. При этом он помогает доставлять кислород и питательные вещества к клеткам, тканям и органам и позволяет удалять углекислый газ и продукты жизнедеятельности. Каждый день сердце бьется около 100000 раз с односторонним потоком через четыре разные камеры, меняя скорость с отдыхом, упражнениями и стрессом. Каждый удар требует изысканно сложной, но идеальной синхронизации между различными клетками в разных частях сердца. Когда эта сложная координация нарушается, это может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям, ведущей причине смерти во всем мире, ежегодно убивая около 17,9 миллиона человек.

Детальное изучение молекулярных процессов внутри клеток здорового сердца имеет решающее значение для понимания того, как дела идут плохо при сердечных заболеваниях. Такие знания могут помочь в разработке более точных и эффективных стратегий лечения различных форм сердечно-сосудистых заболеваний.

«Миллионы людей проходят лечение от сердечно-сосудистых заболеваний. Понимание здорового сердца поможет нам понять взаимодействия между типами клеток и состояниями клеток, которые могут обеспечивать функционирование на протяжении всей жизни, и то, как они различаются при заболеваниях», — сказала соавтор исследования Кристин Зайдман. , профессор медицины Института Блаватника Гарвардской медицинской школы и кардиолог-генетик в Brigham and Women’s.

«В конечном счете, эти фундаментальные идеи могут предложить конкретные цели, которые могут привести к индивидуализированному лечению в будущем, созданию индивидуальных лекарств от болезней сердца и повышению эффективности лечения для каждого пациента», — сказал Сейдман.

Это то, что исследователи намеревались сделать в новом исследовании.

В этих бьющихся клетках человеческого сердца ученые выделили белок, важный для сокращения мышц (зеленый). Новый клеточный атлас показывает, что этот белок и другие находятся в разных местах расположения клеток сердца. Предоставлено: лаборатория Сейдмана.

Команда изучила около 500 000 отдельных клеток и ядер клеток из шести различных областей сердца, полученных от 14 доноров органов, сердца которых были здоровыми, но непригодными для трансплантации.

Используя комбинацию анализа отдельных клеток, машинного обучения и визуализации, команда смогла точно увидеть, какие гены были включены и выключены в каждой ячейке.

Исследователи обнаружили основные различия в клетках в разных областях сердца. Они также заметили, что каждая область сердца имеет определенные подмножества клеток — открытие, которое указывает на различное происхождение развития и предполагает, что эти клетки по-разному реагируют на лечение.

«Этот проект знаменует собой начало нового понимания того, как сердце состоит из отдельных клеток, многие из которых имеют разное состояние клеток», — сказал один из авторов исследования Дэниел Райхарт, научный сотрудник по генетике в Гарвардской медицинской школе. «Зная региональные различия в сердце, мы можем начать учитывать влияние возраста, физических упражнений и болезней и помочь подтолкнуть кардиологию к эре точной медицины».

«Это первый раз, когда кто-либо изучает отдельные клетки человеческого сердца в таком масштабе, который стал возможен только с крупномасштабным секвенированием отдельных клеток», — сказал Норберт Хюбнер, соавтор и профессор Центр молекулярной медицины Макса Дельбрюка. «Это исследование показывает силу одноклеточной геномики и международного сотрудничества», — добавил он. «Знание всего спектра сердечных клеток и их генной активности является фундаментальной необходимостью для понимания того, как работает сердце, и для того, чтобы начать разгадывать, как оно реагирует на стресс и болезни».

В рамках этого исследования исследователи также изучили кровеносные сосуды, проходящие через сердце, с беспрецедентной детализацией. Атлас показал, как клетки в этих венах и артериях адаптируются к разному давлению и местоположению и как это может помочь исследователям понять, что происходит с кровеносными сосудами во время ишемической болезни сердца.

«Наши международные усилия предоставляют бесценный набор информации для научного сообщества, освещая клеточные и молекулярные детали сердечных клеток, которые работают вместе, перекачивая кровь по всему телу», — сказала соавтор исследования Микела Нозеда из Имперского колледжа в Лондоне. . «Мы составили карту сердечных клеток, которые могут быть потенциально инфицированы SARS-CoV-2, и обнаружили, что специализированные клетки мелких кровеносных сосудов также являются вирусными мишенями», — сказала она. «Наши наборы данных — это кладезь информации для понимания тонкостей сердечных заболеваний».

Исследователи также сосредоточились на понимании восстановления сердца, изучении того, как иммунные клетки взаимодействуют и взаимодействуют с другими клетками здорового сердца и чем это отличается от скелетных мышц.

Дальнейшие исследования будут включать изучение того, можно ли заставить какие-либо сердечные клетки восстанавливаться.

«Это грандиозное совместное усилие является частью глобальной инициативы Human Cell Atlas по созданию» карты Google «человеческого тела», — сказала Сара Тайхманн из института Wellcome Sanger, соавтор исследования и сопредседатель. Организационного комитета Human Cell Atlas.

«Атлас клеток сердца, открытый для исследователей во всем мире, — это фантастический ресурс, который приведет к новому пониманию здоровья и болезней сердца, новым методам лечения и, возможно, даже поиску способов восстановления поврежденной ткани сердца», — сказала она./p >




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *