Αναζητώντας νέους μηχανισμούς για την κατανόηση της λειτουργίας και την αναγέννηση της καρδιάς

Η Παγκόσμια Ημέρα Καρδιάς (29 Σεπτεμβρίου) μας υπενθυμίζει ότι, οι καρδιαγγειακές παθήσεις αποτελούν την κυριότερη αιτία νοσηρότητας και θνησιμότητας παγκοσμίως, σύμφωνα με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (ΠΟΥ), παρά την αλματώδη επιστημονική και τεχνολογική πρόοδο που σημειώνεται τις τελευταίες δεκαετίες στον τομέα της υγείας.

Έναν από τους βασικότερους λόγους αποτελεί η περιορισμένη αναγεννητική ικανότητα της καρδιάς μετά από τραυματισμό, σε αντίθεση με άλλα όργανα του ανθρώπινου οργανισμού. 

Η καρδιά αποτελείται, μεταξύ άλλων, από εξειδικευμένα κύτταρα, τα μυοκαρδιοκύτταρα, που συνεργάζονται με εξαιρετική ακρίβεια για να εξασφαλίζουν τη συνεχή και αποτελεσματική άντληση του αίματος σε ολόκληρο το σώμα.

Ωστόσο, όταν ο καρδιακός μυς υποστεί σοβαρή βλάβη, όπως μετά από έμφραγμα, τα κατεστραμμένα μυοκαρδιοκύτταρα αντικαθίστανται σε μεγάλο βαθμό από μη συσταλτό ουλώδη ιστό, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη μείωση της καρδιακής λειτουργίας και, τελικά, σε καρδιακή ανεπάρκεια.

Επομένως, η κατανόηση των μηχανισμών που ρυθμίζουν τη λειτουργία των μυοκαρδιοκυττάρων και, κατ’ επέκταση, τη λειτουργία και την αναγέννηση της καρδιάς αποτελεί σημαντικό στόχο της σύγχρονης βιοϊατρικής έρευνας, προκειμένου να βρεθούν καινοτόμες θεραπευτικές λύσεις για την αντιμετώπιση των καρδιαγγειακών παθήσεων.

Αυτός είναι ο πυρήνας του ερευνητικού έργου CARMMEN/Post-Doc/0524/0072, το οποίο υλοποιούμε στο Κέντρο Αριστείας biobank.cy του Πανεπιστημίου Κύπρου.

Πρόκειται για μια νέα μελέτη που στοχεύει στην κατανόηση των παραπάνω διεργασιών, εξετάζοντας το ρόλο της πρωτεΐνης μυοπαλλαδίνης (Myopalladin, MYPN) στη λειτουργία των μυοκαρδιοκυττάρων.

Η MYPN εντοπίζεται στα μυϊκά κύτταρα τόσο της καρδιάς όσο και του σκελετικού μυός,  όπου αποτελεί μέρος ενός πολύπλοκου δικτύου πρωτεϊνών που υποστηρίζει τον κυτταρικό σκελετό των μυϊκών κυττάρων συμβάλλοντας τη σωστή οργάνωση, τη μηχανική αντοχή και τη λειτουργία τους.

Σύμφωνα με τα νέα ερευνητικά δεδομένα, ο κυτταρικός σκελετός δεν λειτουργεί απλώς ως ένα ικρίωμα που διατηρεί το σχήμα του κυττάρου, αλλά συμβάλλει, επίσης, στη μεταφορά δυνάμεων, στην επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών κυτταρικών περιοχών και στη μετατροπή των μηχανικών ερεθισμάτων σε βιοχημικά σήματα.

Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως μηχανομεταγωγή, (mechanotransduction) επιτρέπει στα κύτταρα να αντιλαμβάνονται και να προσαρμόζονται στις μηχανικές συνθήκες του περιβάλλοντός τους.

Επομένως, η κατανόηση του ρόλου μορίων, όπως η πρωτεΐνη MYPN και των μηχανισμών μέσω των οποίων μπορεί να συμμετέχουν στη διαδικασία της μηχανομεταγωγής, μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα μυϊκά κύτταρα διατηρούν τη δομή και τη λειτουργία τους και πώς διαταραχές σε αυτή τη διεργασία, μπορεί να οδηγήσουν σε καρδιακή δυσλειτουργία και την εμφάνιση καρδιακών παθήσεων.

Το έργο CARMMEN αποσκοπεί στη διερεύνηση τέτοιων μηχανισμών, εξετάζοντας πώς η πρωτεΐνη MYPN επηρεάζει το σχηματισμό και την ωρίμανση των μυοκαρδιοκυττάρων, τη λειτουργία του καρδιακού μυός και τις διαδικασίες επιδιόρθωσης και αναγέννησης μετά από βλάβη. Για τον σκοπό αυτό, θα συνδυαστούν δύο καινοτόμα συμπληρωματικά πειραματικά συστήματα: τα ανθρώπινα καρδιακά οργανοειδή και το μοντέλο ψαριού zebrafish (Danio rerio).

Τα ανθρώπινα καρδιακά οργανοειδή είναι μικροσκοπικές, τρισδιάστατες κυτταρικές δομές που αναπτύσσονται στο εργαστήριο και αναπαράγουν, σε σημαντικό βαθμό, βασικά χαρακτηριστικά της ανθρώπινης καρδιάς.

Προέρχονται από ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, τα οποία, μέσω της χορήγησης κατάλληλων μοριακών σημάτων, μπορούν να διαφοροποιηθούν στους διαφορετικούς τύπους κυττάρων που απαντώνται στην καρδιά.

Με αυτόν τον τρόπο, τα καρδιακά οργανοειδή μπορούν να αναπτύξουν ορισμένα από τα δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του καρδιακού ιστού, αποτελώντας ένα χρήσιμο εργαστηριακό μοντέλο για τη μελέτη της ανάπτυξης και της λειτουργίας της καρδιάς, αλλά και των καρδιαγγειακών νοσημάτων.

Παράλληλα, το zebrafish αποτελεί ένα σημαντικό οργανισμό-μοντέλο στη βιοϊατρική έρευνα, καθώς παρουσιάζει σημαντικές ομοιότητες με τον άνθρωπο σε βασικές βιολογικές διεργασίες και διαθέτει αξιοσημείωτη ικανότητα αναγέννησης της καρδιάς μετά από τραυματισμό.

Η συνδυασμένη χρήση ανθρώπινων καρδιακών οργανοειδών και του zebrafish αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα του έργου, καθώς επιτρέπει τη μελέτη της καρδιακής λειτουργίας και αναγέννησης σε διαφορετικά, αλλά συμπληρωματικά, πειραματικά συστήματα, συμβάλλοντας στην αναγνώριση κοινών μηχανισμών και στην καλύτερη κατανόηση των διαδικασιών που τις διέπουν.

Μακροπρόθεσμα, η έρευνα που θα προκύψει μέσα από το έργο CARMMEN φιλοδοξεί να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση γενικότερα των κληρονομικών καρδιακών παθήσεων που απαντώνται τόσο στον Κυπριακό πληθυσμό, όσο και παγκοσμίως και των μηχανισμών που οδηγούν σε καρδιακή δυσλειτουργία.

Παράλληλα, η αξιοποίηση προηγμένων ανθρώπινων μοντέλων της καρδιάς μπορεί να προσφέρει πιο αντιπροσωπευτικά εργαλεία για τη μελέτη πιθανών θεραπειών σε εξατομικευμένο και πιο στοχευμένο επίπεδο.

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

Αν και η μετάβαση από την εργαστηριακή έρευνα, σε αποτελεσματικές θεραπείες για τους ασθενείς απαιτεί χρόνο και περαιτέρω μελέτες, η κατανόηση των βασικών μηχανισμών της καρδιακής λειτουργίας αποτελεί απαραίτητο πρώτο βήμα προς αυτόν τον στόχο.

*Το έργο CARMMEN/Post-Doc/0524/0072 υλοποιείται στο πλαίσιο του Προγράμματος Πολιτικής Συνοχής «θΑλΕΙΑ 2021-2027» με τη συγχρηματοδότηση της ΕΕ, μέσω του Ιδρύματος Έρευνας και Καινοτομίας. 

Δρ Σοφία Νικούλη, Μοριακή Βιολόγος, Κέντρο Αριστείας biobank.cy