Το νέο τρισδιάστατο μοντέλο δείχνει πώς η έκθεση στο κάδμιο επηρεάζει την ανάπτυξη της καρδιάς

Οι ερευνητές του NIH αναπτύσσουν νέα εργαλεία για να δείξουν πώς οι περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να οδηγήσουν σε ασθένειες


Σε έξι πίνακες εμφανίζεται ένα μοντέλο 2D που δείχνει πώς τα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ανταποκρίνονται σε δόσεις που σχετίζονται με το ανθρώπινο κάδμιο για 8 ημέρες. Από τον έλεγχο στο πρώτο πάνελ, μέχρι το τελευταίο πάνελ, οι ερευνητές μπορούν να δουν πώς η διαφοροποίηση στην καρδιά (όπως υποδεικνύεται από τα πράσινα θετικά κύτταρα φθορισμού) αναστέλλεται από διαφορετικές δόσεις καδμίου.

Παρουσιάζεται το τρισδιάστατο καρδιακό οργανοειδές μοντέλο που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα.

Παρουσιάζεται το τρισδιάστατο καρδιακό οργανοειδές μοντέλο που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα. Αυτές οι εικόνες δείχνουν μερικούς από τους διαφορετικούς τύπους κυττάρων που βρίσκονται στα οργανοειδή και τους συγκεκριμένους δείκτες που χρησιμοποίησε η ομάδα για να δει πώς το κάδμιο καταστέλλει τα οργανοειδή.

Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα τρισδιάστατο μοντέλο που δείχνει πώς η έκθεση στο κάδμιο μπορεί να οδηγήσει σε συγγενή καρδιακή νόσο. Επηρεάζοντας περίπου 40.000 μωρά ετησίως, η συγγενής καρδιοπάθεια είναι ο πιο κοινός τύπος γενετικής ανωμαλίας στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το μοντέλο αναπτύχθηκε από επιστήμονες του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστημών Περιβαλλοντικής Υγείας (NIEHS), μέρος των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας.

Το κάδμιο είναι ένα μέταλλο που απελευθερώνεται στο περιβάλλον μέσω ορυχείων και διαφόρων βιομηχανικών διεργασιών και βρίσκεται στον αέρα, το έδαφος, το νερό και τον καπνό. Όταν τα φυτά το απορροφούν από το έδαφος, το μέταλλο μπορεί να εισέλθει στην τροφική αλυσίδα. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι η έκθεση της μητέρας στο κάδμιο μπορεί να είναι ένας σημαντικός παράγοντας κινδύνου για συγγενείς καρδιακές παθήσεις.

Χρησιμοποιώντας μοντέλα που προέρχονται από ανθρώπινα κύτταρα και ιστούς, που ονομάζεται Μέσα στο σφαγείο Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα τρισδιάστατο οργανοειδές μοντέλο που μιμείται τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται η ανθρώπινη καρδιά. Οι ερευνητές παρατήρησαν πώς η έκθεση σε χαμηλά επίπεδα καδμίου μπορεί να αποτρέψει τον φυσιολογικό σχηματισμό καρδιομυοκυττάρων, τα οποία είναι ο κύριος τύπος κυττάρων που συνθέτουν την καρδιά. Με αυτόν τον τρόπο, αποκάλυψαν βιολογικούς μηχανισμούς που μπορεί να εξηγήσουν πώς το κάδμιο μπορεί να προκαλέσει καρδιακές ανωμαλίες.

«Τα μοντέλα που αναπτύξαμε είναι χρήσιμα όχι μόνο για τη μελέτη του καδμίου, αλλά και για τη μελέτη άλλων χημικών ουσιών και υλικών», δήλωσε ο Eric Tukar, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, από το Τμήμα Μηχανιστικής Τοξικολογίας του NIEHS Division of Translational Toxicology (DTT). .

Για αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν τρία διαφορετικά μοντέλα για να αξιολογήσουν τις επιδράσεις του καδμίου σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης της καρδιάς.

Πρώτον, χρησιμοποίησαν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα για να αναπτύξουν τρισδιάστατα εμβρυϊκά σώματα για να μιμηθούν τα πρώιμα στάδια του σχηματισμού ιστών και οργάνων στον άνθρωπο. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν ένα 2D Μέσα στο σφαγείο Ένα μοντέλο που περιλαμβάνει ένα φθορίζον ρυθμιστικό πρωτεϊνικό σύστημα (NKX2-5) που εμπλέκεται στην ανάπτυξη της καρδιάς τους επιτρέπει να διερευνήσουν την τοξικότητα του καδμίου μετά την έκθεση.

Το τρισδιάστατο καρδιακό οργανοειδές μοντέλο, το οποίο μπορεί να προσομοιώσει τον καρδιακό παλμό, επιβεβαίωσε αυτό που φάνηκε στα άλλα δύο μοντέλα και έδειξε πόσο χαμηλές δόσεις καδμίου μπορούν να εμποδίσουν τη σωστή λειτουργία των καρδιομυοκυττάρων.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Environmental Health Perspectives, βασίζεται σε δεκαετίες εργασίας ερευνητών τοξικολογίας για την προώθηση της γνώσης σχετικά με το πώς η περιβαλλοντική έκθεση μπορεί να συμβάλει σε ανθρώπινες ασθένειες όπως ο καρκίνος, οι καρδιαγγειακές παθήσεις, ο αυτισμός και άλλες καταστάσεις.

«Αυτά τα νέα μοντέλα εκμεταλλεύονται τις τεχνολογικές προόδους που μας επιτρέπουν να μοντελοποιούμε την ανθρώπινη βιολογία με τρόπο που εντοπίζει πραγματικούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία», σημείωσε ο Brian Bridge, MD, DVM, επιστημονικός διευθυντής του DTT. «Βοηθούν επίσης στη μείωση της εξάρτησής μας από τις δοκιμές σε ζώα».

Ο Xian Wu, Ph.D., ο οποίος διεξήγαγε τις μελέτες, είπε: “Βρήκαμε ότι η πρώιμη έκθεση σε επίπεδα καδμίου που σχετίζονται με τον άνθρωπο είχε ως αποτέλεσμα σημαντική ανασταλτική επίδραση στη διαφοροποίηση των καρδιομυοκυττάρων, ενώ η έκθεση Το επόμενο στάδιο δεν είχε αυτό το αποτέλεσμα.” «Αυτή η έκθεση σε κάδμιο κατέστρεψε επίσης την καρδιακή οργανοειδή λειτουργία».

Δωρεές: Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Ενδοσχολικό Ερευνητικό Πρόγραμμα (Division of Translational Toxicology) του NIH, NIEHS (ZIAES102925).

Αναφορά: Wu X, Chen Y, Hu J και Tukar AJ. 2022. Καρδιακή ανάπτυξη παρουσία καδμίου: Αν Μέσα στο σφαγείο Μελέτη που χρησιμοποιεί ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και καρδιακά οργανοειδή. Προοπτική περιβαλλοντικής υγείας. [Full Text Wu X, Chen Y, Hu G, and Tokar EJ. 2022. Cardiac Development in the Presence of Cadmium: An in vitro Study Using Human Embryonic Stem Cells and Cardiac Organoids. Environmental Health Perspectives.]


Leave a Comment