Проверено Эмили Хендерсон, бакалавр наук 24 сентября 2020 г.

Ученые создали клеточную и молекулярную карту здорового человеческого сердца, чтобы понять, как функционирует этот жизненно важный орган, и пролить свет на то, что идет не так при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Исследователи из Института Wellcome Sanger, Центра молекулярной медицины Макса Дельбрука (MDC), Германия, Гарвардской медицинской школы, Имперского колледжа Лондона и их сотрудники со всего мира проанализировали почти полмиллиона отдельных клеток, чтобы составить первый обширный черновой атлас клеток человеческое сердце. Атлас демонстрирует огромное разнообразие клеток и раскрывает типы клеток сердечной мышцы, защитные иммунные клетки сердца и сложную сеть кровеносных сосудов. Он также предсказывает, как клетки взаимодействуют, чтобы поддерживать работу сердца.

Опубликованное сегодня в Nature (24 сентября), это исследование является частью инициативы Human Cell Atlas по картированию каждого типа клеток в человеческом теле. Новые молекулярные и клеточные знания о сердце позволят лучше понять сердечные заболевания и направить более индивидуализированную медицину. Это также может потенциально привести к регенеративной медицине в будущем.

Сердце – важный орган, который перекачивает кровь по телу, обеспечивая доставку кислорода и питательных веществ, а также углекислый газ и отходы жизнедеятельности из других жизненно важных органов и тканей. Каждый день сердце бьется около 100000 раз с односторонним потоком через 4 разные камеры, меняя скорость с отдыхом, упражнениями и стрессом. Это очень сложно и требует, чтобы клетки в каждой части сердца координировали друг друга при каждом ударе сердца.

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти во всем мире, ежегодно унося жизни около 17,9 миллиона человек, причем большинство из них вызывают сердечные приступы и инсульты. Чтобы понять, что происходит при сердечных заболеваниях, и разработать более эффективные терапевтические стратегии, жизненно важно знать сложные молекулярные процессы в клетках здорового сердца.

В этом новом исследовании исследователи изучили почти 500 000 отдельных клеток и ядер клеток из шести различных регионов здорового сердца от 14 доноров органов *. Используя передовые технологии отдельных клеток, машинное обучение и методы визуализации, команда смогла точно увидеть, какие гены были включены в каждой клетке.

Исследователи обнаружили, что существуют серьезные различия в клетках в разных областях сердца, и что каждая область сердца имеет определенные наборы клеток, подчеркивая различное происхождение и потенциально разные реакции на лечение.

Д-р Карлос Талавера-Лопес, один из первых авторов из института Wellcome Sanger, ранее работавший в Европейском институте биоинформатики EMBL, сказал: «Мы создали самый подробный на сегодняшний день атлас сердца взрослого человека, объединив технологии одноклеточных. с помощью методов искусственного интеллекта, чтобы охарактеризовать почти полмиллиона отдельных клеток. Впервые мы смогли точно увидеть, что каждая клетка делает в человеческом сердце. Этот атлас показывает, что клетки в каждой из четырех камер сердца ведут себя по-разному друг к другу, отражая различные функции каждой области и помогая нам понять здоровое человеческое сердце »

Шесть областей сердца содержали 11 различных типов клеток, и исследователи обнаружили более 62 различных состояний клеток, которые никогда раньше не наблюдались в таких деталях.

Профессор Норберт Хубнер, старший автор из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрука, Charite – Universitatsmedizin Berlin, Берлинского института здравоохранения и Deutsches Zentrum fur Herz-Kreislauf-Forschung, Германия, сказал: «Это первый раз, когда кто-то изучили отдельные клетки человеческого сердца в таком масштабе, который стал возможен только с крупномасштабным секвенированием отдельных клеток. Это исследование демонстрирует мощь одноклеточной геномики и международного сотрудничества. Знание всего диапазона сердечных клеток и их генная активность является фундаментальной необходимостью для понимания того, как функционирует сердце, и начала выяснения того, как оно реагирует на стресс и болезни »

В рамках этого исследования исследователи изучили кровеносные сосуды, проходящие через сердце, с беспрецедентной детальностью. Атлас показал, как клетки в этих венах и артериях адаптируются к различным давлениям и местоположениям, и может помочь понять, что происходит с кровеносными сосудами во время ишемической болезни сердца.

Наши международные усилия предоставляют бесценный набор информации для научного сообщества, освещая клеточные и молекулярные детали сердечных клеток, которые работают вместе, перекачивая кровь по телу. Мы составили карту сердечных клеток, которые могут быть потенциально инфицированы SARS-CoV-2, и обнаружили, что специализированные клетки мелких кровеносных сосудов также являются вирусными мишенями. Наши наборы данных – это кладезь информации, позволяющей понять тонкости сердечных заболеваний ".

Доктор Микела Нозеда, S enior A uthor Национальный институт сердца и легких, Имперский колледж Лондона

Профессор Кристин Зайдман, старший автор из Бригама и женской больницы, Гарвардской медицинской школы и Медицинского института Говарда Хьюза, сказала: «Миллионы людей проходят лечение от сердечно-сосудистых заболеваний. Понимание здорового сердца поможет нам понять взаимодействие между типами клеток. и состояния клеток, которые позволяют функционировать на протяжении всей жизни, и то, как они различаются при заболеваниях. В конечном счете, эти фундаментальные идеи могут предложить конкретные цели, которые могут привести к индивидуализированному лечению в будущем, созданию индивидуальных лекарств от сердечных заболеваний и повышению эффективности лечения для каждого пациента. "

Исследователи также сосредоточились на понимании восстановления сердца, изучении того, как иммунные клетки взаимодействуют и взаимодействуют с другими клетками в здоровом сердце, и чем это отличается от скелетных мышц. Дальнейшие исследования будут включать изучение того, можно ли заставить какие-либо сердечные клетки восстанавливаться самостоятельно.

Это грандиозное совместное усилие является частью глобальной инициативы Human Cell Atlas по созданию «Google-карты» человеческого тела. Атлас клеток сердца, открытый для исследователей всего мира, является фантастическим ресурсом, который приведет к новому пониманию здоровья и болезней сердца, новым методам лечения и, возможно, даже поиску способов восстановления поврежденной ткани сердца »

Д-р Сара Тайхманн, старший автор, Институт Велком Сэнгер и сопредседатель, Организационный комитет Атласа клеток человека