Jak tworzy się serce?

Z pomocą trójwymiarowych obrazów mikroskopowych naukowcy po raz pierwszy zidentyfikowali pochodzenie komórek tworzących serce. Wyniki przeprowadzonego na myszach badania są zaskakujące, mogą odmienić zrozumienie wrodzonych wad serca i powstawania narządów.

Gastrulacja – proces specjalizowania komórek

.Wykorzystując tzw. mikroskopię warstwową, w której za pomocą cienkich „arkuszów” światła można obserwować trójwymiarowe szczegóły żywych tkanek bez ich uszkadzania, biolodzy z University College London prześledzili ruch i podziały pojedynczych komórek tworzących mysie serce.

Obserwacje te przeprowadzili w krytycznym momencie, kiedy zarodek przechodził przez etap zwany gastrulacją. Gastrulacja to proces, w którym komórki dopiero zaczynają się specjalizować i organizować w podstawowe struktury organizmu, w tym właśnie serce. U ludzi zachodzi to w drugim tygodniu ciąży.

Pozwoliło to badaczom zrozumieć komórkowe pochodzenie serca.

„To pierwszy raz, gdy mogliśmy obserwować komórki serca z tak bliska i przez tak długi czas, podczas rozwoju ssaka. Najpierw musieliśmy nauczyć się hodować zarodki w naczyniu przez dłuższy okres – od kilku godzin do kilku dni – a to, co odkryliśmy, było całkowicie nieoczekiwane” – mówi Kenzo Ivanovitch, autor badania opisanego na łamach magazynu „The EMBO Journal”.

Jego zespół użył fluorescencyjnych znaczników, aby oznaczyć komórki mięśnia sercowego (zwane kardiomiocytami), dzięki czemu świeciły one w różnych kolorach. W połączeniu z mikroskopią pozwoliło to naukowcom stworzyć szczegółowy film poklatkowy. Ujęcia były rejestrowane co dwie minuty przez 40 godzin, dając obrazy o niespotykanej dotąd rozdzielczości przestrzennej.

Uzyskany materiał filmowy pokazał, jak komórki się przemieszczają, dzielą się i tworzą pierwsze elementy zarodka, takie jak serce. Rozwój każdego świecącego kardiomiocytu można było prześledzić wstecz, do wcześniejszych komórek, co pozwoliło naukowcom stworzyć komórkowe „drzewo genealogiczne”.

Dzięki temu mogli dokładnie zobaczyć, kiedy i gdzie w zarodku pojawiły się pierwsze komórki, które tworzą wyłącznie serce.

We wczesnych etapach rozwoju komórki zarodkowe miały zdolność do przekształcania się w różne typy komórek. Obejmowały one np. śródbłonka serca, czyli komórki wewnętrzne powierzchnie naczyń krwionośnych i jam serca.

Badacze chcą lepiej zrozumieć serce

.Obserwacje jednak naukowców mocno zaskoczyły.

Otóż okazało się, że już we wczesnym etapie gastrulacji (zazwyczaj w ciągu pierwszych czterech do pięciu godzin, po pierwszym podziale komórkowym) szybko pojawiają się komórki, które będą tworzyć wyłącznie serce, i wykazują one wyjątkowo zorganizowane zachowanie.

Zamiast poruszać się losowo, podążały wyraźnie określonymi ścieżkami – niemal tak, jakby z góry wiedziały, dokąd zmierzają i jaką rolę odegrają, czy to w tworzeniu komór serca, czy przedsionków.

„Nasze odkrycie pokazuje, że określenie przeznaczenia komórek serca i ich ukierunkowany ruch mogą być regulowane znacznie wcześniej w rozwoju zarodka, niż sugerują to obecne modele. To zasadniczo zmienia nasze rozumienie rozwoju serca, ukazując, że to, co wydaje się chaotyczną migracją komórek, jest w rzeczywistości kierowane ukrytymi wzorcami zapewniającymi prawidłowe kształtowanie się serca” – tłumaczy dr Ivanovitch.

Teraz naukowcy pracują nad zrozumieniem stojących za tym mechanizmów.

Ich zdaniem odkrycie może zrewolucjonizować rozumienie wrodzonych wad serca, a także rzuca nowe światło na powstawanie w zarodkach różnych organów. Skorzystać więc na tym może także medycyna regeneracyjna.

„Mamy nadzieję, że w przyszłości nasze badania pomogą odkryć nowe mechanizmy formowania się narządów. Pozwoli to opracować zasady ich projektowania, które umożliwią precyzyjne programowanie wzorców i kształtów tkanek na potrzeby inżynierii tkankowej – podkreśla dr Ivanovitch.

Rosnące globalne obciążenie chorobami nowotworowymi

.W 2020 roku na całym świecie zdiagnozowano ponad 19 milionów nowych przypadków nowotworów (w tym w Polsce ok. 170 000), a 10 milionów ludzi z tego powodu zmarło. Oczekuje się, według Global Cancer Observatory, że do 2040 roku obciążenie to wzrośnie do około 30 milionów nowych przypadków raka rocznie i 16 milionów zgonów, a nowotwory staną się główną przyczyną śmierci. Tymczasem wiele zachorowań na nowotwory można przypisać potencjalnie modyfikowalnym czynnikom ryzyka. Znajomość tego faktu jest absolutnie kluczowa dla rozwoju skutecznych strategii zapobiegania chorobom nowotworowym.

Niedawno w renomowanym międzynarodowym czasopiśmie medycznym „Lancet” konsorcjum Global Burden of Disease Study 2 opublikowało badania związków między wskaźnikami czynników ryzyka (metabolicznego, zawodowego, środowiskowego i behawioralnego) a nowotworami na całym świecie.

Korzystając z szacunków dotyczących zachorowalności na raka, śmiertelności i danych dotyczących czynników ryzyka z 204 krajów oraz obejmujących czynniki ryzyka, od palenia tytoniu do narażenia na działanie czynników rakotwórczych w miejscu pracy, autorzy stwierdzili, że 4,45 miliona zgonów wynika z wystąpienia wymienionych czynników ryzyka. Stanowi to ogółem aż 44,4 proc. zgonów z powodu nowotworów. Jednocześnie skutkowało to utratą 105 milionów lat życia skorelowanych z niepełnosprawnością. Dane te są alarmujące.

Palenie tytoniu odpowiadało za 36,3 proc. zgonów z powodu raka u mężczyzn i 12,3 proc. u kobiet, spożywanie alkoholu – za 6,9 proc. zgonów z powodu raka u mężczyzn i 2,3 proc. u kobiet. Z kolei otyłość (stwierdzana w oparciu o wysoki wskaźnik Body Mass Index – BMI) odpowiadała za 4,2 proc. zgonów z powodu raka u mężczyzn i 5,2 proc. u kobiet. Odkryto również bardzo niepokojący, ponad 20-procentowy wzrost zgonów z powodu nowotworów w latach 2010–2019, który można przypisać powyższym możliwym do uniknięcia przyczynom. Zauważono także, że czynniki ryzyka metabolicznego odgrywały rosnącą rolę. Rośnie też liczba nowotworów związana z czynnikami dietetycznymi i hormonalnymi, w tym zwłaszcza nowotworów piersi i prostaty.

Co istotne, wszystkie wymienione wyżej czynniki można kontrolować czy też ograniczać za pomocą stosunkowo prostych interwencji. Ich szkodliwy wpływ jest zresztą znany już od dziesięcioleci. Dlatego tak ważna jest profilaktyka zdrowotna. Można w jej obrębie wyróżnić kilka typów:

– profilaktykę wczesną, polegającą na kształtowaniu prawidłowych wzorców zdrowotnych w oparciu o odpowiednią edukację, w tym również szczepienia ochronne,

– profilaktykę zdrowotną pierwotną, polegającą na kontrolowaniu czynników ryzyka oraz identyfikacji osób, które znajdują się w grupie ryzyka,

– profilaktykę wtórną, skierowaną do osób znajdujących się w grupie ryzyka i nakierowaną na wczesne wykrycie choroby, a tym samym jak najszybsze wdrożenie leczenia,

– profilaktykę III fazy, skierowaną do osób chorych, mającą na celu zminimalizowanie skutków choroby i zapobieganie powikłaniom.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-piotr-czauderna-zdrowie/

PAP/MB