Gyvūnų naudojimas širdies ligoms tirti ne visada teigiamai veikia žmonių sveikatą, o tyrimams prieinamos žmogaus širdies ląstelės neveikia už žmogaus kūno ribų.
„Negalite išlaikyti jų gyvų, o tuo labiau veikti už žmogaus ribų pakankamai ilgai, kad ištirtumėte šiuos procesus“, – sakė Nathaniel Huebsch, Vašingtono universiteto Sent Luise esančios McKelvey inžinerijos mokyklos biomedicinos inžinerijos docentas. Huebschas tiria ląsteles su mutacija, sukeliančia hipertrofinę kardiomiopatiją (HCM), ligą, kuri gali sukelti širdies nepakankamumą be įspėjimo.
Huebschas ir jo kolegos įveikia šį iššūkį, priversdami kamienines ląsteles elgtis kaip subrendusios širdies ląstelės, paskatindami pluripotentinių kamieninių ląstelių (iPSC) išvestus kardiomiocitus elgtis taip, lyg tai būtų suaugusios širdies ląstelės, turinčios mutaciją, sukeliančią HCM. Jie detalizuoja savo išvadas publikuotame dokumente iScience.
Kad kamieninės ląstelės veiktų kaip subrendusios širdies ląstelės, mokslininkai ląsteles paleidžia per „mechaninių įtempių“ stovyklą. Iš esmės jie bando atkartoti judėjimą ir pasipriešinimą, kurį širdies ląstelė patiria kaip judančio raumens dalį. Jei jie pritvirtina savo kamienines ląsteles prie standžios sąsajos, ląstelė turi „dirbti“, kad ją pritrauktų. Širdies ląstelės darbas taip pat gali būti raktas į tai, kaip mutacija sukelia ligą.
Jonathanas Silva, McKelvey Engineering biomedicinos inžinerijos profesorius ir tyrimo bendraautoris, teigė, kad elektrinė aritmija dažnai paveikia žmones, sergančius HCM, tačiau mutacija niekur neprilygsta genams, koduojantiems elektrinį aktyvumą.
Mutacija yra toje genomo dalyje, kuri koduoja mechaniką, išspaudžiančius baltymus, vadinamus sarkomerus. Jei judėjimo baltyme kažkas negerai, kodėl nukenčia elektra?
„Atrodo, kad šviesos užgęsta, net jei turite vandentiekio problemų“, – sakė Silva.
Atlikę šį naują tyrimą, Silva ir Huebsch dabar geriau supranta, kodėl taip gali būti.
Huebschas sakė, kad šios mioziną surišančio baltymo C (MYBPC3+/−) mutacijos sukelia labai subtilius miofilamento – ląstelės dalies, kuri paverčia kalcį jėga – struktūros pokyčius. Atrodo, kad HCM atveju mechaninio streso mutacija taip stipriai veikia kalcio pernešimą į ląstelę, kad dėl to ląstelė yra linkusi į aritmijos įvykį.
Šis tyrimas juda į priekį, nes ryšys tarp mechaninių ir elektrinių funkcijų širdyse nėra gerai ištirtas, ir šis darbas parodo, kaip genetinė mechaninių baltymų variacija gali sukelti elektros problemų, sakė Silva.
Naudodama skaičiavimo įrankius, Silva tikisi išsiaiškinti, kurie konkretūs kalcio kanalai yra sutrikę, susidoroti su vaistais, mechaniniais įtempiais ir modeliuoti įvairius būdus, kaip prognozuoti pacientų rezultatus.