Нове дослідження визначає можливий метод запобігання постійних рубців і серцевої недостатності після інфаркту міокарда. Нещодавнє дослідження, проведене вченими з Массачусетської загальної лікарні (MGH), засновника системи охорони здоров’я Mass General Brigham (MGB), виявило значний прогрес у сприянні регенерації серця після інфаркту міокарда (ІМ).
Вперше дослідники порівняли утворення рубцевої тканини в ушкоджених серцях рибок даніо та мишей, виявивши, як потенційно повернути постійні рубці, які так шкодять серцям ссавців. Результати дослідження опубліковані в Nature Communications .
«Ми перші, хто безпосередньо порівняв і продемонстрував дуже фундаментальні відмінності у формуванні рубцевої тканини у рибок даніо та ссавців», — говорить провідний автор Еман А. Акам-Бакстер, доктор філософії, дослідник Центру серцево-судинних досліджень MGH та викладач медицини в Гарвардська медична школа. «Результати нашого дослідження вказують на можливу нову ціль для усунення рубців після інфаркту міокарда, що ніколи раніше не було показано».
Проблеми рубцевої тканини у ссавців
Інфаркт міокарда викликає загибель величезної кількості клітин серця. Щоб усунути пошкодження, організм замінює пошкоджені та мертві клітини рубцевою тканиною. Спочатку рубцева тканина корисна для збереження серця. Але згодом рубцева тканина стає постійною частиною серцевого м’яза, через що серце перекачує кров менш ефективно. Перевантажене серце призводить до розширення рубцевої тканини, що призводить до постійного пошкодження серця.
Утворення постійної рубцевої тканини після травми серця характерно для всіх ссавців. Але рибки даніо мають дивовижну здатність повністю видаляти рубцеву тканину після травми, даючи простір серцевим клітинам для регенерації та повного відновлення здорового серця.
«Протягом багатьох років дослідники зосереджувалися на властивостях кардіоміоцитів (клітин серцевого м’яза) та імунних клітин у серці рибки даніо, щоб пояснити цей феномен», – пояснив Девід Сосновик, доктор медичних наук, старший автор статті.
«Однак жодних досліджень, що характеризують природу колагенового рубця у рибок даніо, не проводилося. Досвід доктора Акам-Бакстера в області синтетичної та аналітичної хімії дозволив нам підійти до цієї проблеми під новим кутом зору».
Інноваційні підходи та знахідки
Досі не було можливо дослідити утворення рубцевої тканини в крихітному серці рибки даніо за допомогою зображень. Для цього дослідження дослідникам спочатку довелося розробити зонд для молекулярної візуалізації, який вони назвали TMR-O, який дозволив їм побачити деталі рубців усередині сердець рибок даніо та моделей серцевих ушкоджень у мишей.
Рубцева тканина складається з колагену, довгих ниток білка, які зв’язуються один з одним, утворюючи волокно, яке надає структурі та стабільності рубцевої тканини. Процес зв’язування молекул колагену називається зшиванням.
«Подумайте про перехресно-зшитий колаген як про мережу довгих ниток білка, з’єднаних разом», — пояснює Акам-Бакстер. «Руки на кількох точках кожної білкової нитки стискають протилежну нитку, як рукостискання».
Зонд, розроблений дослідниками, був прив’язаний до кожної руки, забезпечуючи флуоресцентне зчитування того, як колаген був зшитий.
Дослідники давно вважали, що ступінь перехресного зв’язування колагену є ключем до того, чи шрам розсмоктується чи є постійним. Але коли дослідники MGH перевірили цю гіпотезу, вони виявили, що рівень перехресного зшивання був подібним у рибок даніо та мишей після серцевої травми. Однак тип перехресного зшивання був іншим.
«У мишачому серці хімічна природа колагенових перехресних зв’язків була дуже зрілою та утворила структуру, яку не можуть розщепити антифіброзні ферменти в організмі.
Навпаки, перехресні зв’язки в рибці даніо нагадували більш слабке рукостискання», – каже Акам-Бакстер. «Поперечні зв’язки в серці рибки даніо зберігалися в хімічно незрілій формі, яку можна розщепити, і це дозволило розсмоктувати фіброзні рубці та замінювати їх регенерованими клітинами серця».
Крім того, автори показали, що перехресні зв’язки, які утворюються в серцях мишей, є результатом хімічної модифікації (гідроксилювання лізину) ниток колагену у мишей, і що це відбувається не такою ж мірою в серці рибки даніо.
Потенційні терапевтичні розробки
Ця модифікація виконується ферментом під назвою лізилгідроксилаза 2; цей фермент пов’язаний із постійними рубцями в інших органах при захворюваннях фіброзу.
«Ніхто не вивчав ефект блокування цього ферменту в контексті серцевого нападу», — каже Акам-Бакстер. Її дослідницька група вивчає, чи може пригнічення цього ферменту ефективно запобігти постійним рубцям на серці після ІМ. Дослідники також дослідять, чи можна повернути рубцеву тканину в інших органах.
«Кількість смертей і кількість випадків серцевої недостатності, які є результатом рубців після ІМ, вражають», — каже Акам-Бакстер. «І фіброзні захворювання також є причиною величезної кількості смертей. Якщо ми зможемо знайти спільну рису відновлення рубцевої тканини в багатьох органах, ми потенційно можемо врятувати багато життів».
«Це дослідження було надзвичайно мультидисциплінарним і стало можливим завдяки унікальному дослідницькому ландшафту, який існує в MGH», — пояснив д-р Сосновік, який керує програмою з візуалізації серцево-судинної системи в Центрі біомедичної візуалізації Martinos. «Дослідники з Центру серцево-судинних досліджень, Інституту інновацій у візуалізації та Центру біомедичної візуалізації Мартінос залучили різні навички, що дозволило нам спільно вирішити це складне наукове питання».
Доктор Акам-Бакстер зазначила, що вона особливо вдячна докторам. Пітер Караван і Хуан Мануель Гонсалес-Роза, підтримка яких була критично важливою для успіху дослідження.
Вона також зазначила, що керівництво кафедр кардіології та радіології MGH створило сприятливе середовище для вчених-фізиків: «Як хіміку надзвичайно приємно працювати в середовищі, яке дозволяє мені досліджувати фундаментальні питання хімії та, водночас проводити дослідження, які дуже важливі для здоров’я людини». Фінансування: Основне фінансування цього дослідження було забезпечено грантами від Національного інституту здоров’я та Массачусетської загальної лікарні.