Žmogaus organizmas turi sudėtingą apsaugą nuo kalcio mineralų, kurie standina širdies audinius, nusėdimo, Ilinojaus Urbana-Champaign universiteto mokslininkai ir UCLA Health bei Teksaso universiteto Ostine bendradarbiai nustatė naujame tyrime, kuriame pateikiamas pirmasis išsamus žingsnis. – po žingsnio dokumentacija, kaip vyksta kalcifikacija.
„Širdies ligos yra pagrindinis žudikas kasmet – apie 18 milijonų mirčių per metus – ir šis skaičius auga. Didelė dalis yra kalcifikacijos pasekmė”, – sakė tyrimo vadovas Bruce'as Fouke'as, JAV žemės mokslų ir aplinkos mokslų profesorius. kaita ir Roy J. Carver biotechnologijų centro Ilinojaus valstijoje direktorius.
„Kai aortos vožtuvas kalcifikuojasi, šiuo metu vienintelė galimybė yra ultrainvazinė vožtuvo pakeitimo operacija. Tai dar labiau padidina būtinybę suvaldyti šį procesą, kad būtų galima veiksmingiau judėti į priekį kuriant ir bandant vaistus.”
Aortos vožtuvas yra vartai, per kuriuos deguonies prisotintas kraujas iš širdies išpumpuojamas į kūną, atsidaro ir užsidaro daugiau nei 3 milijardus kartų per vidutinę gyvenimo trukmę. Trijuose vožtuvą sudarančiose audinių sklendėse, vadinamose lapeliais, gali augti kalcio nuosėdos, kurios sustingsta ir negali atsidaryti iki galo.
„Esant kalcifikacijai kraujagyslėse, stentas gali padėti, bet su aortos vožtuvu to padaryti nepavyks. Kiekvienas organas organizme gali būti idealios būklės, bet jei aortos vožtuvas nustoja funkcionuoti, tai ir baigiasi tas gyvenimas. “ sakė Mayandi Sivaguru, pirmasis šio straipsnio autorius ir Citometrijos ir mikroskopijos iki omikos centro direktorius Carver biotechnologijų centre.
Nepaisant paplitimo ir biologinės svarbos, mažai žinoma apie tai, kaip susidaro ar auga kalcio nuosėdos. Fouke'o grupė buvo „GeoBioMed“ – geologijos, biologijos ir medicinos derinio – pradininkė ir anksčiau taikė inkstų akmenų tyrimams.
Naujame tyrime, pavadintame „Osteopontino stabilizavimas ir kolageno sulaikymas sulėtina amorfinio kalcio fosfato transformaciją žmogaus aortos vožtuvo lapelio kalcifikacijos metu“, paskelbtas žurnale. Mokslinės ataskaitosFouke'o grupė Ilinojaus valstijoje kartu su kolegomis iš UCLA medicinos mokyklos ir Teksaso Džeksono geomokslų mokyklos ištirtų ir dokumentuotų kalcio nuosėdų susidarymo žingsnius aortos vožtuvuose iš žmogaus lavonų širdžių.
„Mes naudojome daugiau nei 12 tyrimo būdų, įskaitant optinę mikroskopiją, elektronų mikroskopiją ir spektroskopiją, kad pirmą kartą ištirtume mineralizacijos ir baltymų lokalizacijos aortos vožtuve pobūdį ir progresą. Ši daugiarūšė analizė mus išskyrė, atskleidžiant naują liniją. įrodymų, leidžiančių geriau suprasti širdies ir kraujagyslių kalcifikaciją“, – sakė Sivaguru.
Pradinis taškas yra sveikas lapelių audinys. Tada lapelių lygiųjų raumenų sluoksnyje susidaro mažytės kalcio fosfato rutuliukai.
Svarbiausia, kad komanda nustatė, kad kalcio fosfato forma mineralų telkiniuose nėra tokia pati kaip kauluose, vadinama apatitu, kaip buvo plačiai manoma. Vietoj to, nuosėdose vyrauja amorfinis kalcio fosfatas, kuris gali morfologiškai keisti formą ir atomiškai persitvarkyti.
Augdamos sferos susilieja į sluoksnius, kurie inkrustuoja ir sutvirtina kolageno ir lygiųjų raumenų skaidulas, kurios suteikia lapeliams lankstumo. Dėl šių procesų susidaro dideli mazgeliai, kurie sukasi, liečiasi vienas su kitu ir dar labiau standina audinius.
„Iš karto pamatėme, kad reakcijos vožtuvų audiniuose buvo beveik identiškos toms, kurias tyrėme koralų rifuose, karštosiose versmėse ir daugelyje kitų natūralių aplinkų, kuriose yra gyvybės, vandens ir mineralų sąveika“, – sakė Fouke'as. Ralph E. Grim Ilinojaus profesorius.
„Mūsų kraujas yra prisotintas kalcio ir fosfatų. Kolageno kalcifikacija ir mazgelių augimas yra neišvengiami, atsižvelgiant į mūsų kraujo chemiją, biologiją ir sudėtį.
„Tačiau visa tai turi įtakos tai, kad mes taip pat nustatėme, kad mūsų kūnas sukūrė šiuos neįtikėtinai sudėtingus ir veiksmingus procesus, kad kovotų su mineralizacija. Tai negali sustabdyti, bet gali labai sulėtinti.”
Tyrėjai rado du gynybos mechanizmus. Kai mažytės AKR sferulės susiformuoja ir pradeda susijungti, širdies audiniai gamina didelį kiekį baltymo osteopontino. Osteopontinas skatina apatito augimą ir kalcifikaciją kauluose ir inkstų akmenyse, todėl išvados iš pradžių glumino tyrėjus, sakė Fouke. Tačiau osteopontinas turi priešingą, slopinantį poveikį AKR, lėtina kolageno kalcifikaciją ir mazgų agregaciją.
„Štai kodėl taip svarbu žinoti, kad tai AKR, o ne apatitas. Osteopontino išsiskyrimo didinimas gali būti svarbus naujas tikslas sulėtinti kalcifikaciją iki tokio lygio, kad tai nekeltų grėsmės ar nereikėtų chirurginės intervencijos”, – sakė Fouke'as.
Antroji organizmo apsauga yra pats kolagenas, kuriame susidaro mazgeliai. Tyrėjai išsiaiškino, kad mazgeliams pradėjus augti, kolageno skaidulos išsitempia ir juos sulaiko, sudarydamos vandens barjerą, kuris dar labiau lėtina mazgelių augimą.
Tyrėjai ne tik tiria galimus terapinius osteopontino pritaikymus lėtinant kalcifikaciją, bet ir tikisi, kad jų darbas atvers naujas tyrimo galimybes, kaip užkirsti kelią pradiniam augimui ir ištirpinti jau susidariusias mineralines sankaupas visame žmogaus kūne.
Bendradarbiaudama su Mayo Clinic, komanda dabar taiko savo multimodalinį GeoBioMed metodą tirdama žmogaus krūties navikų kalcifikaciją, kuri yra ligos požymis.