Perfilado multimodal del corazón humano adulto. a, Izquierda, descripción general del diseño y análisis del estudio. Los datos de transcriptómica espacial de Visium y Multiome se generaron a partir de ocho regiones (RA, LA, RV, LV, SP, AX, SAN y AVN) del corazón humano adulto y se integraron con un conjunto de datos de atlas sc/snRNA-seq publicado2. En el centro, el diagrama de puntos muestra el número de donantes por grupo de edad (eje x) y región (eje y). El color del punto representa la modalidad de datos. El número de células o núcleos se muestra entre paréntesis. A la derecha, los datos se usaron para la identificación de nichos celulares, análisis de interacción célula-célula resueltos espacialmente y análisis de descubrimiento de diana de fármaco (drug2cell). b, micrografías H&E de SAN, AVN y AVB (borde amarillo). Las células P en el tejido ganglionar (recuadro rojo) son más pequeñas que las CM vecinas en el tejido no ganglionar (recuadro azul) y están incrustadas en la MEC densa. El BAV se representa en su transición a la rama izquierda del haz (LBB). Las imágenes son representativas de secciones de cuatro (SAN), dos (AVN) y cuatro (AVB) donantes. CT, cresta terminal; ENDO, endocardio; EPI, epicardio; IAS, tabique interauricular; MS, tabique membranoso; TV, válvula tricúspide. c – e, incrustación UMAP de datos de expresión génica de SAN aCM (c), AVN aCM (d) y AX y AVN CM (e). Se muestran genes marcadores de células CCS. f, Abundancia de estados de celda CCS en coordenadas espaciales de secciones SAN, AVN y SP Visium según lo estimado por cell2location. Las líneas discontinuas resaltan las células SAN, AVN, AVB y Purkinje definidas por histología (Datos extendidos Fig. 2g). Las ilustraciones en a se crearon usando BioRender (https://biorender.com). La ilustración de CellPhoneDB es cortesía del Instituto Wellcome Sanger. Crédito: Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06311-1
En un nuevo estudio, publicado el 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 presentó 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 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 en humanos. El sistema de conducción cardíaca humana, 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. Estos pueden ser ineficaces y son propensos a complicaciones y efectos secundarios. 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 Ph.D. estudiante del 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 conocidas. 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 la 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 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 qué impacto tiene un nuevo tratamiento tendrá 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 los 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, dijo: «Usando tecnologías de vanguardia, esta investigación proporciona más detalles complejos sobre las células que componen 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 poner en peligro 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 las enfermedades del corazón y el diseño de terapias potenciales. Una contribución importante a la iniciativa mundial Human Cell Atlas, que está mapeando cada tipo de célula en el cuerpo para comprender la salud y la enfermedad, formará la base para un completo Atlas integrado de células cardíacas humanas HCA. Además, nuestro conjunto de métodos computacionales ayudará a identificar posibilidades para reutilizar medicamentos existentes para tratar enfermedades en otros tejidos».
Más información:
Kazumasa Kanemaru et al, Multiómica resuelta espacialmente de nichos cardíacos humanos, Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06311-1
Citación: El mapa detallado del corazón proporciona nuevos conocimientos sobre la salud y la enfermedad cardíacas (2023, 13 de julio) recuperado el 13 de julio de 2023 de https://medicalxpress.com/news/2023-07-heart-insights-cardiac-health-disease.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.
