En un nuevo estudio, publicado hoy (12 de julio) en Naturalezalos investigadores han producido 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 está dirigido por el Instituto Wellcome Sanger y el Instituto Nacional del Corazón y los Pulmones del Imperial College de Londres, y también ha presentado una nueva herramienta computacional de reutilización de fármacos llamada Drug2cell, que puede proporcionar información sobre los efectos de los fármacos en la frecuencia cardíaca. .
Este estudio es parte de la iniciativa internacional Human Cell Atlas* (HCA), que está mapeando cada tipo de célula en el cuerpo humano, para transformar nuestra comprensión de la salud y la enfermedad, y formará la base para un HCA Human Heart Cell Atlas completamente integrado. .
Trazando 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 antes no se conocían a un nivel tan detallado (1) en humanos. El sistema de conducción cardiaco 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 transcriptómica espacial, que brinda un «mapa» de dónde se ubican las células dentro de un tejido, los investigadores también pudieron comprender 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 crucial para comprender qué es lo que falla en la enfermedad. Los hallazgos ayudarán a comprender enfermedades como las que afectan el ritmo cardíaco.
La elaboración de un Atlas de Células del Corazón Humano es clave dado que las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte a nivel mundial. Cada año se implantan alrededor de 20 000 marcapasos electrónicos en el Reino Unido para estos trastornos (2). Estos pueden ser ineficaces y son 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 a las terapias para mejorar la salud cardíaca y desarrollar 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. Aprovecha los perfiles unicelulares y los 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 estaba claro. Este estudio sugiere que el aumento en la frecuencia cardíaca podría deberse en parte a una acción directa de estos medicamentos en las células marcapasos, un hallazgo que el equipo también mostró en un modelo experimental de células madre de las células 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 cardíaca es fundamental para el latido regular y coordinado de nuestros corazones, 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 que habitan. 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 prevenir la activación espontánea excesiva de células. Al comprender estas células a nivel genético individual, podemos desarrollar potencialmente nuevas formas de mejorar los tratamientos cardíacos».
El estudio desenterró 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. Se han explorado 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 del marcapasos, guiar las terminaciones nerviosas hacia ellas y apoyar su liberación de glutamato, un neurotransmisor.
Otro hallazgo clave del estudio es una estructura inmune en la superficie externa del corazón. Este 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 enriquecido para 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, Imperial College London, coordinadora de Human Cell Atlas Heart BioNetwork y autora principal, dijo: «A menudo no sabemos completamente qué impacto tiene una nueva que tendrá el tratamiento en el corazón y sus impulsos eléctricos; esto puede significar que un medicamento se retira o no llega al mercado. Nuestro equipo desarrolló la plataforma Drug2cell para mejorar la forma en que evaluamos nuevos tratamientos y cómo pueden afectar nuestros corazones, y potencialmente otros tejidos también. Esto podría proporcionarnos una herramienta invaluable para identificar nuevos medicamentos que se dirijan a células específicas, así como ayudar a predecir cualquier efecto secundario potencial al principio del desarrollo de medicamentos».
El profesor Metin Avkiran, director médico asociado de la Fundación Británica del Corazón, que financió en parte la investigación con el Centro Alemán de Investigación Cardiovascular (DZHK), dijo: «Usando tecnologías de vanguardia, esta investigación proporciona más detalles complejos sobre las células que producen regiones especializadas del corazón humano y cómo esas células se comunican entre sí. Es probable que los nuevos hallazgos sobre el sistema de conducción eléctrica del corazón y su regulación abran nuevos enfoques para prevenir y tratar las alteraciones del ritmo que pueden afectar la función del corazón e incluso pueden convertirse en una amenaza para la vida».
«La colaboración internacional es clave para el progreso científico. Este impactante estudio y otros descubrimientos de la iniciativa Human Cell Atlas más amplia son excelentes ejemplos de lo que se puede lograr cuando la comunidad de investigación internacional trabaja en conjunto a través de las fronteras. Nuestros esfuerzos combinados pueden, en última instancia, producir mejores resultados para los pacientes. mundial.»
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 permite que cada latido del corazón , y es una referencia valiosa para el estudio de enfermedades cardíacas y el diseño de terapias potenciales. Una importante contribución a la iniciativa mundial Human Cell Atlas, que mapea cada tipo de célula en el cuerpo para comprender la salud y la enfermedad, formará la base para un sistema totalmente integrado Atlas de células cardíacas humanas de HCA Además, nuestro conjunto de métodos computacionales ayudará a identificar posibilidades para reutilizar medicamentos existentes para tratar enfermedades en otros tejidos».
Se puede encontrar más información en https://www.humancellatlas.org/
