por En un nuevo estudio, publicado hoy (12 de julio) en NaturalezaLos investigadores han creado el atlas de células cardíacas humanas más detallado y completo hasta la fecha, incluido el tejido especializado del sistema de conducción cardíaca, donde se origina el latido del corazón.
El equipo multicéntrico estuvo dirigido por el Instituto Wellcome Sanger y el Instituto Nacional del Corazón y los Pulmones del Imperial College de Londres, y también demostró una nueva herramienta computacional de reutilización de medicamentos llamada Drug2cell, que puede proporcionar información sobre los efectos de los medicamentos en la frecuencia cardíaca. . .
Este estudio es parte de la iniciativa internacional Human Cell Atlas* (HCA), que mapea cada tipo de célula en el cuerpo humano, para cambiar nuestra comprensión de la salud y la enfermedad, y formará la base para un HCA Human Heart Cell Atlas completamente integrado. .
Trazando las ocho regiones del corazón humano, el trabajo describe 75 estados celulares diferentes, incluidas las células del sistema de conducción cardíaca, el grupo de células responsables del latido del corazón, que las personas no entienden a un nivel tan detallado (1). del pasado. El sistema de conducción del corazón humano, el ‘cableado’ del corazón, envía impulsos eléctricos desde la parte superior a la inferior del corazón y coordina los latidos del corazón.
Mediante el uso de la transcriptómica espacial, que proporciona un «mapa» de dónde se ubican las células dentro de un tejido, los investigadores también entendieron cómo estas células se comunican entre sí por primera vez. Este mapa actúa como una guía molecular que muestra el aspecto de las células sanas y proporciona una referencia importante para comprender lo que sucede en la enfermedad. Los hallazgos ayudarán a comprender enfermedades como las que afectan el ritmo cardíaco.
Reunir un atlas de células cardíacas humanas es clave porque las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en todo el mundo. Cada año se implantan alrededor de 20 000 marcapasos electrónicos en el Reino Unido para estos trastornos (2). Pueden ser ineficaces y propensos a complicaciones y efectos secundarios (3). Comprender la biología de las células del sistema de conducción y cómo se diferencian de las células musculares allana el camino para que las terapias mejoren la salud del corazón y desarrollen tratamientos específicos para las arritmias.
El equipo también presenta una nueva herramienta computacional llamada Drug2cell. La herramienta puede predecir los objetivos de los medicamentos, así como los efectos secundarios de los medicamentos. Utiliza perfiles unicelulares y las 19 millones de interacciones entre el fármaco y el objetivo en la base de datos EMBL-EBI ChEMBL.
Inesperadamente, esta herramienta identificó que las células marcapasos expresan el objetivo de ciertos medicamentos, como los medicamentos GLP1, que se usan para la diabetes y la pérdida de peso y se sabe que aumentan la frecuencia cardíaca como efecto secundario, cuyo mecanismo no está claro. Este estudio sugiere que el aumento de la frecuencia cardíaca puede deberse en parte a la acción directa de estos fármacos sobre las células del marcapasos, un hallazgo que el equipo también demostró en un modelo experimental de células madre del marcapasos.
El Dr. James Cranley, primer autor conjunto, cardiólogo especializado en trastornos del ritmo cardíaco y estudiante de doctorado en el Instituto Wellcome Sanger, dijo: «El sistema de conducción del corazón es fundamental para que nuestro corazón lata de manera regular y coherente, pero las células que lo componen son poco entendidos. Este estudio arroja nueva luz al definir los perfiles de estas células, así como los nichos multicelulares en los que residen. Esta comprensión más profunda abre la puerta a mejores terapias antiarrítmicas específicas en el futuro».
El Dr. Kazumasa Kanemaru, primer autor conjunto y becario postdoctoral en el equipo de Genómica de expresión génica del Instituto Wellcome Sanger, dijo: «El mecanismo de activación y supresión de los genes de las células marcapasos no está claro, especialmente en humanos. Esto es importante para mejorar la terapia celular para facilitar la producción de células marcapasos o para evitar que las células se activen en exceso. Al comprender estas células a nivel genético individual, es posible que podamos desarrollar nuevas formas de mejorar los tratamientos cardíacos».
El estudio hizo un descubrimiento inesperado: una estrecha relación entre las células del sistema de conducción y las células gliales. Las células gliales son parte del sistema nervioso y tradicionalmente se encuentran en el cerebro. Exploraron muy poco en el corazón. Esta investigación sugiere que las células gliales están en contacto físico con las células del sistema de conducción y pueden desempeñar un importante papel de apoyo: comunicarse con las células marcapasos, guiar las terminaciones nerviosas hacia ellas y apoyar su liberación de glutamato, un neurotransmisor.
Otro hallazgo importante del estudio fue una estructura inmune en la superficie externa del corazón. Contiene células plasmáticas, que liberan anticuerpos en el espacio alrededor del corazón para prevenir infecciones de los pulmones cercanos. Los investigadores también identificaron un nicho celular que está enriquecido con una hormona (4) que podría interpretarse como una señal de advertencia temprana de insuficiencia cardíaca.
La Dra. Michela Noseda, profesora titular de Patología Molecular Cardíaca en el Instituto Nacional del Corazón y los Pulmones del Imperial College London, coordinadora de Human Cell Atlas Heart BioNetwork y autora principal, dijo: «A menudo no sabemos completamente cuál es el efecto de un nuevo tratamiento en el corazón y sus impulsos eléctricos: esto podría significar que un medicamento se retira o no llega al mercado Nuestro equipo desarrolló la plataforma Drug2cell para mejorar la forma en que evaluamos los nuevos tratamientos y cómo afectan nuestros corazones, y potencialmente otros tejidos también Esto podría brindarnos una herramienta invaluable para identificar nuevos medicamentos que se dirijan a células específicas, y también ayudar a predecir cualquier posible efecto secundario temprano en el desarrollo de medicamentos».
El profesor Metin Avkiran, director médico asociado de la Fundación Británica del Corazón, que financió en parte la investigación en el Centro Alemán de Investigación Cardiovascular (DZHK), dijo: «Usando tecnologías de vanguardia, esta investigación proporciona más detalles complejos sobre las células que hacen regiones especializadas del corazón humano y cómo esas células se comunican entre sí. Es probable que los nuevos descubrimientos en el sistema de conducción eléctrica del corazón y su regulación abran nuevas formas de prevenir y tratar las alteraciones del ritmo que pueden afectar la función cardíaca y pueden ser vitales. amenazante.»
«La colaboración internacional es clave para el progreso científico. Este poderoso estudio y otros descubrimientos de la iniciativa Human Cell Atlas más amplia son excelentes ejemplos de lo que se puede lograr cuando la comunidad internacional de investigación colabora a través de las fronteras. Nuestros esfuerzos combinados pueden producir mejores resultados para los pacientes de todo el mundo. el mundo.»
La Dra. Sarah Teichmann, autora principal del estudio del Instituto Wellcome Sanger y copresidenta del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas, dijo: «Este Atlas de Células del Corazón revela la microanatomía cardíaca con un detalle sin precedentes, incluido el sistema de conducción cardíaca que conduce cada latido del corazón. ., y es una referencia importante para el estudio de las enfermedades del corazón y el diseño de terapias potenciales. Una importante contribución a la iniciativa mundial Human Cell Atlas, que tiene – mapear cada tipo de célula en el cuerpo para comprender la salud y la enfermedad, esto formará la base para un Atlas de células cardíacas humanas HCA completamente integrado. Además, nuestro conjunto de métodos computacionales ayudará a identificar las posibilidades de reutilizar medicamentos existentes para tratar enfermedades en otros tejidos».
